Сценарий Ильи Тилькина имеет литературный источник — главы романа Василия Гроссмана.

В одной из сцен советские самолеты сбивают немецкий бомбардировщик Henkel, который пикирует и с грохотом падает на площадь напротив дома Громова. Этот эпизод целиком создан средствами компьютерной графики и анимации. При работе над компьютерной моделью самолета трехмерщики студии Main Road|Post изучили внешний облик германской машины по фотографиям и взяли во внимание макет самолета, покоившийся на съемочной площадке. Эти несколько планов, находившихся в работе около года, вобрали в себя все технологии, доступные художникам Main Road|Post на сегодняшний день. Компьютерная модель строилась в Autodesk Maya, а вся динамика разрушений имитировалась в программе Houdini. Помимо этого декорации Сталинграда были также воссозданы в графике по многочисленным фотографиям площадки.

Съемки проходили под Петербургом (поселок Саперный, Ленинградская область), на бывшем военном полигоне, были возведены беспрецедентно масштабные для российского кинематографа декорации. Фактически были построены несколько кварталов Сталинграда с элементами, знакомыми зрителю по архивным кадрам. Так, например, был построен прототип знаменитого фонтана «Детский хоровод», который еще называют «Дети и крокодил». Фонтан стал одним из самых узнаваемых символов Сталинградской битвы после снимка последствий авианалета 23 августа 1942-го года, сделанного фотографом Э. Н. Евзерихиным.

Тиль Швайгер отказался от роли в фильме, аргументируя это нежеланием играть образ офицера нацистской Германии.

Первый трейлер картины был представлен 17 апреля 2013 года в Лас-Вегасе на выставке CinemaCon.

«Сталинград» — первый фильм российского производства, который будет выпущен на экраны в формате IMAX 3D.

Офицера Вермахта, главного антагониста в фильме, сыграл американский актер Томас Кречманн. Интересно, что свою творческую карьеру более 20 лет назад Кречманн начал в немецком фильме «Сталинград» (1992) режиссера Йозефа Вильсмайера.

Съемки фильма начались в сентябре 2011-го и продолжались около месяца. Затем работа возобновилась зимой, но основной съемочный период пришелся на 2012-й год — с мая по август 2012-го. В общей сложности съемочный период составил 79 дней.

Люди на роли в массовке утверждались исключительно самим режиссером. В массовых сценах было задействовано порядка 1000 человек. Костюмы, грим и оружие были детально проработаны для каждого из них. На площадке нет ничего случайного: автомобили, обрывки газет того времени, тумбы с афишами довоенных спектаклей и даже сигаретные окурки — все соответствует той эпохе.

Возведением и оформлением декораций, стоившим продюсерам около $ 4 млн, занималась команда из 400 специалистов.

В фильме фигурируют танки Т-34, немецкая самоходная установка Marder («Куница») и немецкий средний танк PZ-IV (T-4). Вся эта техника — копии. PZ-IV построен на базе советского танка T-44, которому перестроили башню, наварили дополнительные листы, закрыли катки щитами, а на борта нанесли фашистскую свастику. Самоходная установка сделана на базе вездехода. Т-34(76), то это полноразмерный макет из пластика и фанеры. Работу выполнили мастера из Витебска. Эти же художники сделали макет подбитого самолета.

Исключительную сложность для постановки представляла сцена атаки немецких позиций после взрыва баков с горючим. В этом эпизоде наши солдаты не прекращают бой даже после того, как их накрывает огнем и они вспыхивают, как факела. Съемка оказалась непростым испытанием для всех, кто принимал в ней участие, не исключая операторскую группу. Температура даже в безопасной зоне зашкаливала, и хотя пиротехники делали все возможное, чтобы огонь был минимально допустимым для кадра, стояла нечеловеческая жара. Такого количества одновременно горящих людей в кадре в российском кино не было точно, как, наверное, и в мировом. Сцена репетировалась уже перед полностью готовыми камерами. Все участники запомнили каждое свое действие. В этот момент абсолютно все, включая ассистентов и страхующих, были одеты в форму красноармейцев, чтобы даже в случае попадания в объектив не испортить кадр. За три съемочных дня произвели 96 горений. При этом на площадке одновременно горели 14 каскадеров.

Перед съемкой боевых сцен специалисты тщательным образом осматривали площадку, убирали камни и вырывали лунки под заряды, которые затем засыпались мягким торфом. Каждый участник, будь он каскадером или актером, знал свой маневр, чтобы не подорваться. Тем не менее, за каждым из исполнителей был закреплен пиротехник, который вел своего человека и дистанционно управлял срабатыванием взрывчатки.

Взрыв здания — одна из самых ответственных сцен фильма, потому что у кинематографистов был всего один съемочный дубль. Если бы что-то пошло не так, то заново отстраивать дом не представлялось возможным, но требуемый художественный эффект был достигнут с первой попытки.

В фильме более 230 планов с компьютерной графикой.

Открывающий фильм эпизод с пролетом самолета над Фукусимой длится около двух минут. Этот план целиком создан на компьютере художниками студии Main Road|Post.

В сцене с горящими красноармейцами в тех кадрах, где бойцы падают с обрыва, фигурируют компьютерные модели людей. Их строили и анимировали в трехмерном редакторе, опираясь на фотографии актеров. При этом технология анимации носила смешанный характер, какие-то действия анимировались по ключевым кадрам, а какие-то при помощи техники захвата движений.