本作品では、ワンシーンだけ登場する知名度のある俳優・タレントが多いのも特徴である。金子によれば、自らゴジラへの出演を希望する人物が多く、贅沢な使い方ができたと述べている。官房長官役の津川雅彦もその1人であり、さらに当時津川と同じ事務所であった前田愛・前田亜季姉妹や笹野高史らも出演が叶うこととなった。部隊長役の角田信朗は、バラエティ番組『笑っていいとも!』のコーナー「テレフォンショッキング」へゲスト出演した際にゴジラへの想いを語ったところ、それを観ていた東宝の製作サイドからオファーがあったという。
撮影.
民宿がゴジラに破壊されるシーンでは、窓の内側を本編で撮影し、特撮班で撮影したミニチュアに合成するという手法をとっている。合成用のセットは窓枠部分のみ制作された。民宿の本編セットは、下にスプリングを組んでフォークリフトで持ち上げており、これを落としてゴジラの接近による振動を表現している。振動で跳ねるピンポン玉は、床の下からトンカチで叩いている。
ゴジラが上陸する焼津港は、第五福竜丸の母港であったことから舞台に選ばれた。漁協組合の窓ガラスが割れるシーンは、セットを組んで撮影している。
キングギドラが封印されている氷穴は、キングギドラのサイズに合わせるとスタジオに入らないため、本編セットと特撮のミニチュアを合成している。本編セットは、壁を移動式とすることで広さを表現している。自殺志願の男が落ちる穴もセットで撮影された。ミニチュアセットでは、位置確認のため天本や螢らの人形が制作された。
横浜のロケでは、当時空き地であった横浜税関前の土地にオープンセットを組んでいる。ゴジラに吹き飛ばされる防衛軍兵士は、ブルーバックで撮影された。
横浜スカイウォークの展望台はセットが制作され、窓側れるシーンはテンパーガラスを実際にセットで割って、新山を合成している。清水によれば、現地で撮影するには照明を作業船のクレーンで吊らなければならなかったと述べている。新山は、後ろ向きに落下するのが難しく、自身が高所恐怖症であったことも相まって苦労した旨を語っている。終盤の岸辺は、東宝撮影所のプールに本物と同様にコンクリートで制作したテトラポットを組んでいる。ラストシーンは、習志野市茜浜で撮影された。
官房長官の会見シーンは、日本青年館で撮影された。