Under San Diego Comic-Con International 2013 bekreftet Whedon at Hawkeye og Black Widow skulle være med i oppfølgeren. Mark Ruffalo bekreftet via sin Twitter-konto allerede i mars 2013 at han var klar for filmen. I august fulgte Chris Evans på via en artikkel i Deadline, mens USA Today rapporterte i august at Samuel L. Jackson var klar for å returnere. I september gjorde både Chris Hemsworth og Scarlett Johansson det klart at de fortsetter i sine roller.