2015年9月、これまでのMCU作品でハルクを演じていたマーク・ラファロは、当初本作の脚本ではハルクも登場することになっていたものの、『アベンジャーズ/エイジ・オブ・ウルトロン』の終盤でハルクがアベンジャーズから去っていった理由と居場所をマーベルが明らかにしなかったため、登場しないことになってしまったと語った。脚本担当のマルクスはこの理由について、原作コミックにはハルクが登場していないことと、早い段階でハルクを出すと戦いがすぐに終わってしまうからだと述べた。また、マルクスはインタビューで「どのキャラクターを出すかは、どんな戦いをさせたいかによるからね」と述べている 。11月、ジョー・ルッソは本作のテーマを"裏切り"とし、「とてもエモーショナルな作品」だと称した。2016年1月にはいくつかの撮り直しが行われた。2月22日にはマーティン・フリーマンが登場するスチール写真が公開され、エヴェレット・ロス役を演じることが発表された。また、『アイアンマン』実写3部作にペッパー・ポッツ役で出演していたグウィネス・パルトロウも本作に続投で出演することが明らかになった。3月16日、ルッソ兄弟は本作の完成まであと1週間半かかることと合わせて、本編終了後のポストクレジット・シーン（おまけ映像）を2つか3つ加える予定だと明かした。
本作の撮影は2015年4月27日、ジョージア州ファイエットにあるパインウッド・アトランタ・スタジオにて開始された（撮影時の題名は「スプートニク」）。加えて、アトランタ都市圏のバックヘッド、ミッドタウン、ダウンタウンの3地区とノークロス市（グイネット郡）、およびポルシェの北米本社（劇中ではアベンジャーズの本部ビルとして使用されている）にてロケーション撮影が行われた他、ドイツ・プエルトリコ・アイスランドにて追加のロケーション撮影が行われた。また、本作ではIMAXとARRIの提携によるデジタル2Dカメラが、ドイツのライプツィヒ・ハレ空港での約15分にも及ぶ戦闘シーンの撮影で使用されている。5月上旬、マーベルはマーティン・フリーマンが詳細不明の役で出演することを発表した。この間、『アベンジャーズ/エイジ・オブ・ウルトロン』に出演したヴィジョン役のポール・ベタニーおよびローディー役のドン・チードル、『ウィンター・ソルジャー』に出演したシャロン・カーター役のエミリー・ヴァンキャンプ、『アントマン』に出演したスコット・ラング役のポール・ラッド、『インクレディブル・ハルク』に出演したロス将軍役のウィリアム・ハートが、それぞれ同一の役で本作品に続投させることが決定されていた。余談として、『キャプテン・アメリカ』映画シリーズ前2作や『アベンジャーズ』前2作に出演していたニック・フューリー役のサミュエル・L・ジャクソンはIGNのインタビューで、本作での彼の出番がないことをルッソ兄弟から知らされ「驚いた」と語っている。製作総指揮のネイト・ムーアはフューリーの不在について、「彼（フューリー）は『シビル・ウォー』のストーリーには一切関与していない」からだと述べた。2015年5月30日、ルッソ兄弟はファイギともう一人のプロデューサーであるエイミー・パスカルと共に、スパイダーマンに扮するピーター・パーカーの役を演じる俳優を決めるスクリーンテストをアトランタで行った。ルッソ兄弟らは1500人の中からオーディションで選ばれた最終候補者の6人にロバート・ダウニー・Jrを相手役とした演技テストを行い、最終オーディションではクリス・エヴァンスを相手役とした演技テストを行った。その結果、19歳の新人であるイギリスの俳優トム・ホランドがピーター・パーカー役に選ばれた。ジョー・ルッソは「僕らは配役に関してかなり主張した」と述べており、ダンスと新体操で培われたホランドの身体性を高く評価していた。また、ルッソ兄弟は「過去の『スパイダーマン』実写作品で演じられていた時と区別する」ために、ピーター・パーカーの年齢をホランドの実年齢に合わせて若く設定している。マーベルは当初、契約の守秘義務によりこのことを公表していなかったが、2015年7月に脚本家のジョナサン・ゴールドスタインがホランドの出演を明らかにした。6月下旬には撮影の半分が終了し、8月上旬に残りの撮影がドイツで行われた（ロケの撮影地には上記のライプツィヒ・ハレ空港に加え、ベルリンのオリンピアシュタディオンが含まれている）。8月22日には全ての撮影が終了した。
都市が形成された1095年以前、ビューレンはすでに300年前からの農村であった。ビューレンは1095年に Buranon という名前で初めて史料に記録されている。この文書では、ビューレンの領主が都市建設を願い出ている。この村落はアルメ川の左岸（現在のメンケンベルク/ビュール）にあり、右岸は重要ではなかった。聖ガンゴルフに献堂された教会は、9世紀後半に創建されたと考えられている。メンケンベルクの十字架が、この教会と衰退した村落を思い起こさせる。1150年頃ビューレンの領主によってアルメ川とアフテ川の合流点に城砦が築かれた。この城はヴィンターベルクおよびメーデバッハ北側に建造され、その後新たにパーダーボルン司教の高位の家臣であるシュヴァーレンベルク伯がいわゆるヴェーヴェルスブルク伯領のレーエン領主としてこの城に入った。1195年にパーダーボルン司教とビューレン領主家との間でビューレン市の建設に関する協定が締結された。司教は都市施設建設に賛同し、防衛費を分担した。さらに貨幣鋳造権や関税権および様々な十分の一税徴税権を与えた。司教はこの街をレーエンとして遇し、開城権が文書で保証された。城の南側には約30件の住宅地があった。1195年から1220年にビューレン市の最初の拡張がなされた。アルメ川とアフテ川の間の登り斜面の尾根に南北方向に3本の平行な通り（現在のローゼン通り、ブルク通り、ケーニヒス通り）が設けられ、これらを横切る通りで結ばれた。そこに教会墓地を有する聖ニコライ教会と市庁舎を有するマルクト広場のために2つの広い正方形の土地が確保された。地形上の理由から、市域はアルメ川およびアフテ川の谷の縁まで拡張され、これを囲む最終的には9本の塔で守りを固めた市壁が徐々に建設されていった。ビューレン市は1238年にリップシュタット都市権に基づき、体制を整備した。市の裁判官は周辺村落をも管轄した。1243年にビューレン領主はシトー会ホルトハウゼン女子修道院を設立した。ここには現在フュルステンベルク家が住んでおり、ビューレン領主が埋葬されている。パーダーボルン司教の文書は1252年に2つのビューレン新都市に言及している。この第二次の都市発展は上の門の南側、ジッディングハウゼンへ向かう通りの両側（現在のブルーフ通りとシャンツェとの間）を発展させた。市壁もこの頃に建設された。現存するリヴォニアのハンザ都市であるリガの1286年の取引帳簿は、ビューレンが1336年頃まで続くハンザ同盟の取引に活発に関与していることを示唆している。ベルント・フォン・ビューレンの仲介によってビューレン市民とパーダーボルン司教ジーモン3世ツーア・リッペとが和解した後、1490年に聖ゼバスティアン兄弟団が設立された。