• 克里斯·埃文斯为《美国队长2》接受了多种武术训练，其中包括跑酷、巴西柔术、空手道和拳击等等。导演认为，身处现代的史蒂夫·罗杰斯需要学习和掌握一些现代打斗技巧。
• 饰演冬兵的塞巴斯蒂安·斯坦进行了严格的打斗和武器训练，为了让自己的动作显得更自然，他还经常拿着塑料小刀练习，为此还遭到朋友们善意的嘲笑。
• 电影中猎鹰的制服比漫画中更能体现战斗感，服装设计采用了大量织带，肩带和齿轮。安东尼·麦凯要花25分钟才能穿上这套制服。
• 导演罗素兄弟称1970年代经典惊悚片《法国贩毒网》给《美国队长2》带来很多灵感和启发，片中那场超长汽车追逐戏就是致敬《法国贩毒网》中的追逐片段。
• 导演罗素兄弟钟爱1970年代悬疑片，因此《美国队长2》不仅在影片风格上向《秃鹰72小时》《霹雳钻》《暗杀十三招》等70年代影片致敬，更请来70年代最红的男星之一罗伯特·雷德福出演本片重要角色。
• 影片在华盛顿取景，一些全美著名的地标包括杰斐逊纪念堂、林肯纪念堂、国会山等都出现在影片中，摄制组为了拍摄将罗斯福大桥暂时封闭，这也是有史以来第一次为了拍电影而封闭大桥。
• 为了拍摄电影中发生在利莫里亚之星号上的戏份，制作团队使用了停泊在加州长滩的海洋发射指挥中心。尽管在船上有限的空间里安排复杂激烈的动作戏很有挑战，创作团队还是很高兴能够在真船上拍摄。
• 克里斯·埃文斯透露，在早些时候他曾一度犹豫是否要接下美国队长这一角色，但现在觉得接下这个角色是他所做过的最棒的决定之一。
• 在本片的多个场景中，黑寡妇脖子上都戴着一条吊坠是一支箭的项链，这代表着她的老搭档鹰眼。二人在漫画中曾有过恋爱关系，但电影中没有。戴项链的主意是黑寡妇扮演者斯嘉丽·约翰逊提出的。
• 电影中，神盾局局长尼克·弗瑞对美国队长讲述了自己做电梯员的祖父的故事。现实生活中，弗瑞的扮演者塞缪尔·杰克逊本人的祖父就是一名电梯操作员。
• 猎鹰的飞行装置上印有斯塔克工业的标志。这说明该装置的制造商是钢铁侠托尼·斯塔克的公司。
• 当“洞察计划”的天空母舰搜索抹杀目标时，其中一个屏幕标出了纽约前斯塔克大楼，也就是现在的复仇者大楼的位置。
• 部分美国队长和黑寡妇的对手戏台词是由演员克里斯·埃文斯和斯嘉丽·约翰逊自行编写的。
• 反派亚历山大·皮尔斯的扮演者罗伯特·雷德福出演本片是因为他的孙辈们是漫威影迷，他希望孩子们能在电影中看到他。
• 影片中美国队长为反抗抓捕在电梯里与特别作战队的打斗戏致敬了漫画版内战中美国队长拒绝签署《超级英雄注册法案》，神盾局试图逮捕队长的情节。
• 当被问及为什么复仇者联盟中的其他复仇者（钢铁侠，绿巨人等）没有去帮助美国队长和黑寡妇，编剧解释说本片的故事发生在短短3天之内，角色们没有时间寻求支援。
• 美国队长的新战服设计灵感来自漫画中队长任职神盾局局长时所穿的“超级战士”服装。
• 电影中美国队长不带降落伞跳下飞机的镜头是对漫画《终极战队》第一期中相似场景的致敬。
• 为准备饰演冬兵这一角色，扮演者塞巴斯蒂安·斯坦进行了5个月的体能训练和历史背景学习，包括各种冷战相关资料，克格勃，以及大量的间谍电影。
• 编写剧本时，鹰眼这一角色原本很有可能出现在电影中。但编剧认为影片中出现的认为已经很多，不希望鹰眼只是一闪而过，因此将戏份改为提到鹰眼及其所在位置的一个短场景。这个场景拍摄了，但最终没有播出。
• 美国队长和黑寡妇为了调查局长的USB内容进入的商场在俄亥俄州的克利夫兰。该建筑的前部及其广场也是《复仇者联盟》（2012）中洛基攻击歌剧赞助人的剧院大厅拍摄地。
• 在影片中当史蒂夫·罗杰斯和娜塔莎·罗曼诺夫在偷来的卡车里面交谈时，娜塔莎问美国队长在哪儿学会偷车的，而在1990的电影《美国队长》中，美国队长从美国公民那儿偷走了很多车。
• 在这部片中，观众们知道了娜塔莎的全名是娜塔莉亚·爱丽安诺芙娜·罗曼诺娃（Natalia Alianovna Romanova）。
• 制片人将冬日战士描述为美国队长的“负面形象”。
• 有别于其他的漫威电影，“冬日战士”的制作减少了虚拟特效的运用，尽量使用实景拍摄。
• 安东尼·麦凯在此片中的演出满足了他想扮演漫威漫画角色的愿望。他发了一堆邮件给漫威公司表达他想在电影中露脸，扮演任何漫画角色都可以，尽管制片厂一再回复说他们将在适当的时候给他答复，麦凯的邮件还是引起了凯文·费吉的注意，最后让他出演了猎鹰这一角色。
• 当罗伯特·雷德福扮演的角色打开冰箱时，里面的架子上有一罐名为纽曼的酱，这是向他合作两次的老友保罗·纽曼的致敬。
• 冬日战士的面具实际上与美国队长的面具刚好相反，正如美国队长的形象。冬日战士的面具遮住了他的下半边脸并露出他的眼睛，队长则是遮住了他的眼睛露出了他的下半边脸。
• 当史蒂夫·罗杰斯走进他的寓所时，可以大致看到书架上的“总统班底”一书，罗伯特·雷德福曾兼任制片和主演的同名电影正是根据此书改编的。
• 当拍摄进展顺利或者一场戏完成后, 安东尼·麦凯喜欢说“来张支票”，这句话在拍摄时很流行，在现场拍摄的人们都说这句话。然而据导演所说，由于麦凯说了太多次以至于后来失去了原先的效果。
• 为了防止剧透，本片在拍摄期间暂定名称为“冰冻效应”。
• 迈克尔·B·乔丹为猎鹰这一角色配音。
• 在冬日战士的打斗场面中，美国队长动用了一切他可以动用的东西，包括他在电影中经常使用的金属盾牌，这个盾牌按照习惯更多地是用作防守，但在本片中，制片人将其拓展为更具攻击性的武器。盾牌上有两个把手，所以史蒂夫·罗格斯可以抓住把手，用盾牌进行一些东方式的打斗动作。
• 当史蒂夫·罗杰斯和娜塔莎·罗曼诺夫偶然看到佐拉的超级电脑时，证实了娜塔莎出生于1984年，这也是扮演者斯嘉丽·约翰逊的出生年份。
• 在最初的漫画形象设定中，猎鹰具有同鸟类进行传心术的超能力。在本片中，和漫威最终的漫画版本一样，并没有赋予猎鹰这一超能力。
• 剧中亚历山大·皮尔斯1992年的照片实际上是电影《潜行者》（1992）的剧照。
• 本片是盖瑞·山德林的最后一部电影。
• 尼克·弗瑞最后一个镜头中的装束与他在《神盾局特工》第一季最后一集（终结的开始）中是一样的，精确到太阳镜和无檐帽。
• 当美国队长和黑寡妇进入九头蛇的基地时，可以看到三位神盾局创立者的照片，分别是汤米·李·琼斯、海莉·阿特维尔和多米尼克·库珀，他们都曾出演上部电影《美国队长》（2011）。