शुरूआती शूटिंग, 2007 के अंत में सिडनी स्थित फ़ॉक्स स्टूडियोज़ ऑस्ट्रेलिया में हुई।  18 जनवरी 2008 को न्यूजीलैंड में मुख्य फोटोग्राफी शुरू हुई। फिल्मांकन के लिए जिन स्थानों का चयन किया गया, वे ड्यूनडिन में थे। उस समय विवाद खड़ा हो गया जब स्थानीय आइस स्केटिंग रिंक में विस्फोटकों के रखने की अनुमति श्रम विभाग द्वारा दिए जाने के प्रतिवाद में क्वींसलैंड लेक्स जिला परिषद ने विरोध किया। फॉक्स ने कुछ विस्फोटकों को वहां से कहीं और हटा दिया।  विस्फोटकों का इस्तेमाल हडसन फ़ार्म को उड़ा देने के फिल्मांकन के लिए किया गया था, एक दृश्य जिसमें चार कैमरों की जरुरत थी। जैकमैन और पलेर्मो के वोज़ प्रोडक्शंस [Woz Productions], परिषद के साथ एक अंतिम फैसले पर पहुंचें कि सेट पर रिसाइकिलिंग विशेषज्ञों की उपस्थिति की अनुमति दी जाए ताकि वे निर्माण-कार्य को पर्यावरण के अनुकूल बनाने के लिए आवश्यक सलाह की प्राप्ति हो सके। फ़ॉक्स में फिल्मांकन जारी रहा (जहां अधिकांश शूटिंग की गई) और न्यू ऑर्लियान्स, लुसियाना में भी शूटिंग जारी रही।  स्ट्राइकर की सुविधा के लिए कॉकेट द्वीप का भी इस्तेमाल किया गया, जहां के विशाल भवनों के कारण सेट के डिजिटल द्वारा विस्तार दिए जाने के व्यय को बचा लिया गया। ऐसा अनुमान था कि सिडनी की अर्थव्यवस्था के लिए फिल्म के निर्माण से 60 मिलियन ऑस्ट्रेलियन डॉलर की उत्पत्ति होगी।  प्रधान फोटोग्राफी 23 मई को समाप्त हो गई। दूसरी यूनिट ने न्यूजीलैंड में 23 मार्च तक फिल्मांकन जारी रखा और पहली यूनिट के कार्यकाल की परिसमाप्ति के बाद आगामी दो सप्ताहों तक फिल्मांकन जारी रखने के लिए समय-सीमा निर्धारित की गई। इसमें लोगान के नौरमैंडी लैनडिंग्स के दौरान दृश्य का फ्लैशबैक अतीतावलोकन था, जिसे न्यू साउथ वेल्स के बैकस्मिथ में फिल्माया गया.फिल्म के निर्देशन को लेकर हूड और फ़ॉक्स के बीच विवाद था। विवाद का एक पहलू वूल्वरिन के सेना के पुराने सिपाही के रूप में चित्रण किए जाने को लेकर था जो उत्तर-अभिघातजन्य तनाव विकास से ग्रस्त थे। अधिकारियों के साथ इस मुद्दे पर बहस थी कि दर्शक इतनी गंभीर थीम में दिलचस्पी नहीं लेंगे. स्टूडियो में दो स्थानांतरण हो चुके थे। बाद में, निर्माता लॉरेन शूलर डोनर के पति रिचर्ड डोनर ने सेट के मामले में तनाव को कम करने के लिए ऑस्ट्रेलिया की वायुमार्ग से ऑस्ट्रेलिया पहुंचे। हूड ने टिप्पणी देते हुए कहा, "स्वस्थ और गहन तर्क-वितर्क से कभी-कभी बातें बेहतर होती हैं। [...] वाद-विवादों के कारण मैं फिल्म की बेहतरी की उम्मीद करता हूं. अगर हमलोगों के बारे में कोई बातें न करे तो हमलोग मुसीबत में पड़ जायेंगे." हूड ने आगे कहा कि रचनात्मक बैठकों में वह और थॉमस रौथमैन दोनों ही "सशक्त" व्यक्तित्व थे लेकिन उनके बीच कभी भी "अहम्" की उग्र बहस नहीं हुई।  जनवरी 2009 में, मौसम और तारीखों के तय करने के झमेलों जैसे कि ऑस्ट्रेलिया के लिए ह्यू जैकमैन के विज्ञापन की वचन बद्धताओं के कारण विलंब होने के बाद निर्माण को वैंक्यूवर में विशेषकर लॉर्ड बिंज सेकेंडरी स्कूल तथा यूनिवर्सिटी ऑफ़ ब्रिटिश कोलंबिया में स्थानांतरित कर दिया गया। शेष बचे हुए कार्य में रायन रेनॉल्ड्स के साथ दृश्यों को फिल्माना शामिल था, जो मुख्य फोटोग्राफी के दौरान दो अन्य फिल्मों में काम कर रहे थे।गेविन हूड ने फिल्म में मौजूद कई "रहस्यमय अंत" की घोषणा की और ये अंत फिल्म की एक प्रिंट से दूसरी प्रिंट में भिन्न होंगे।  एक संस्करण में वूल्वरिन को एक ओरिएंटल बार में पीता हुआ दर्शाया जाता है। बार परिचारक (बारटेन्डर) उससे जानना चाहता है कि क्या वह भूल पाने के लिए पी रहा है, जवाब में लोगान कहता है कि वह याद करने के लिए पी रहा है। एक दूसरे दृश्य में वेपन XI को धराशायी मलवे पर, अपने ही कटे हुए सिर को स्पर्श करता हुआ दिखाया जाता है।