หลังจาก ไอรอนแมน 2 ออกฉายไปในเดือนพฤษภาคม 2553, ต่อมา ในเดือนธันวาคม 2553 จอน แฟฟโรว์ ผู้กำกับ ไอรอนแมนสองภาคก่อนหน้านี้ ตัดสินใจที่จะไม่กลับมากำกับ ไอรอนแมน 3 แต่ยินดีที่จะกลับมารับบท แฮปปี้ โฮแกน และเป็นผู้อำนวยการผลิต. ในเดือนกุมภาพันธ์ 2554 เชน แบล็ก ได้เข้ามาเจรจาในการกำกับและเขียนบทภาพยนตร์, ต่อมาในเดือนมีนาคม ดรูว์ เพียร์ซ ได้รับการว่าจ้างที่จะร่วมเขียนบทภาพยนตร์.