Film "Captain America: Pierwsze starcie" realizowano głównie w Wielkiej Brytanii, w słynnych Shepperton Studios w Surrey (lub inaczej 'Sound City', jak nazywano je w czasach, kiedy zaczęto kręcić tam filmy tj. w 1931roku, na dziesięć lat przed przedstawieniem światu Kapitana Ameryki). Rozpoczęte 12 lipca 2010 roku, zdjęcia zakończyły się 19 listopada. Wzięło w nich udział około 1000 członków ekipy. Oprócz zdjęć w halach zrealizowano także mnóstwo scen w plenerach: w Manchesterze i Liverpoolu (płn. Anglia), Caerwent (Walia - była fabryka paliwa na potrzeby Marynarki Królewskiej), Aldershot (znane jako 'Dom Brytyjskiej Armii'), Black Park (Buckinghamshire), Hackney Empire (Londyn) oraz Pinewood Studios (Buckinghamshire).
Chociaż scenograf Rick Heinrichs bardzo szczegółowo starał się odtworzyć krajobraz amerykański w Wielkiej Brytanii, niektóre lokalizacje wymagały dodatkowej obróbki komputerowej. Aby rok 1941 był pokazany na ekranie w sposób jak najbardziej autentyczny, kostiumograf Anna Sheppard, która ubierała ponad 300 statystów dziennie, szukała materiałów podobnych do tych z pierwszej połowy XX wieku i ubrań, które do dzisiaj się zachowały. Doradca ds. wojskowych, Billy Budd - posiadający ponad 15 letnie doświadczenie w brytyjskich marines - służył aktorom radami dotyczącymi obsługi sprzętu wojskowego i broni. Do trudnych scen akcji, filmowcy zatrudnili prawdziwych żołnierzy, którzy stanowili około jednej trzeciej widocznych na ekranie wojsk.
Podczas gdy większość członków obsady i ekipy przygotowywała się do tego, aby realistycznie symulować walkę z czasów II wojny światowej, inni mieli za zadanie sprawić, żeby Steve Rogers wyglądał na znacznie mniej gotowego na wojnę. Nadzorujący efekty wizualne, Christopher Townsend został postawiony przed wyzwaniem wykreowania postaci Steve'a Rogersa przed transformacją. Wielki fan kinowego wizerunku Iron Mana, jednego z bohaterów komiksów Marvel, Townsend musiał zmienić aktora Chrisa Evansa w ważącego niecałe 50 kg Steve'a. Aby wykonać to zadanie, wykorzystał cały zestaw technik efektów wizualnych, łącznie z wymianą głowy głównego bohatera. Dużo szczuplejszy dubler obserwował Chrisa Evansa podczas kręcenia danej sceny, a następnie naśladował jego ruchy. Ostatecznie, dzięki komputerowej magii ciało dublera i głowa Evansa zostały połączone. Czasami jednak, gdy nawet liczący tylko 170 cm, dubler nie do końca oddawał wygląd drobnego Steve'a, do akcji musieli wkraczać graficy komputerowi. "Chris Evans jest tak świetnie zbudowany, że to, co mu robiliśmy na ekranie, mogło się wydawać zbrodnią," mówi producent wykonawczy Louis D'Esposito, "Ale widzowie będą zszokowani rezultatem i tym, jak efekty wizualne uzupełniają kreację aktora".
