26. Jul 2010: Wie vorher bereits bekannt, wird Robert Downey Jr. in der Superhelden-Verfilmung seinen Part als Iron Man wiederaufnehmen. Auch Scarlett Johansson sowie Samuel L. Jackson werden wie in "Iron Man 2" als Schwarze Witwe und Nick Fury zu sehen sein. Chris Evans wird Captain America spielen und Chris Hemsworth den Donnergott Thor. Bogenschütze Hawkeye wird von Jeremy Renner verkörpert. Zum Ensemble gesellt sich Mark Ruffalo als Hulk und ersetzt damit Edward Norton in der Rolle des grünen Wüterichs. Gerüchte über Nathan Fillion als Ant-Man wurden dementiert.

Whedon zeigte sich begeistert über sein Ensemble und sagte den zahlreichen Fans auf der Comic Con: "Mit diesem Cast zu arbeiten ist mehr, als ich mir erträumt habe." Dann fügte er mit der für ihn typischen Ironie hinzu: "Ich werde es vermasseln. Ich bin dem nicht gewachsen. Ich brauche hierbei eure Liebe und Unterstützung."