Stanley Tucci
2013年1月、前作でペギー・カーターを演じたヘイリー・アトウェルは続編には登場しないと述べた。しかしながらエイブラハム・アースキン博士を演じたスタンリー・トゥッチは、アトウェルは回想シーンで登場するだろうと述べた。同月、マーベルは3Dでの公開を発表し、アンソニー・マッキーは2013年4月1日からの撮影開始を明した。また月末、アーニム・ゾラ博士を演じたトビー・ジョーンズは、続編でも同役を務めることを明した。さらに同月末、ロサンゼルスのローリー・マンハッタン・ビーチ・スタジオに撮影のためのステージが建てられたことが報じられた。