Le casting du film ne s’est pas constitué dans la facilité… A l’origine, il était question que Jean-Claude Van Damme prête ses traits à Gunnar Jensen (Dolph Lundgren), mais l’acteur de Timecop et Double Team trouvait ce personnage inintéressant… Il refusa donc de prendre part au film. Wesley Snipes, Forest Whitaker puis Curtis '50 Cent' Jackson furent envisagés pour jouer Hale Caesar, un rôle finalement attribué à Terry Crews (Terminator Renaissance, Ultimate Game). De même que Ben Kingsley pour interpréter Monroe (Eric Roberts), et Scott Adkins pour Dan Paine (Steve Austin). Quant au personnage de Mr. Church (Bruce Willis), ce rôle fut refusé par Arnold Schwarzenegger et Kurt Russell, pour des raisons d’emplois du temps pour le premier, et d’intérêt pour le second.
En ce qui concerne le choix des armes, Sylvester Stallone voulait ce qu'il y a de plus puissant, de plus destructeur... C'est dans cette optique qu'il a choisi le fusil d'assaut automatique AA-12 pour équiper les personnages du film, qui n'est autre que l'arme à feu la plus puissante au monde, créant le plus de dégâts. Avec 300 coups par minute, elle a également été conçue pour tirer des grenades...
Giselle Itie s'est investi à 100 % pour le rôle, comme en témoigne sa préparation pour la scène où son personnage subit une séance de torture avec immersion. La comédienne a tenu à jouer elle-même cette scène, sans se faire doubler. Elle s'est également renseignée quant à la manière dont un être humain ressent cette sensation de suffocation, pour apparaitre de la manière la plus crédible possible à l'écran.
Comme pour les autres films qu'il a mis en scène, Sylvester Stallone a eu très peu recours aux effets visuels. Pour le réalisateur, ces derniers ne servent qu'à améliorer les scènes, pas à les créer de toutes pièces.
Pour chorégraphier les impressionnantes scènes de cascades du film, Sylvester Stallone a fait appel à Chad Stahelski, avec qui il avait déjà collaboré sur John Rambo, trois ans auparavant. Le coordinateur des cascades explique que l'une des ses fonctions centrales consistait à modérer l'enthousiasme de certains acteurs, ces derniers étant parfois un peu trop casse-cou : "Durant une impressionnante bataille dans la cour du palais, le personnage de Terry Crews encaisse une énorme explosion et passe à travers une boule de feu. L’acteur était prêt à faire la cascade lui-même, mais le risque était trop important. Il a parfaitement compris. Nous ne voulions pas compromettre le tournage en faisant courir des risques extrêmes à un acteur. Ils en ont déjà pris bien assez comme ça !", confie-t-il.
Dans le but de saisir l'action de la manière la plus complète et la plus dynamique possible, Sylvester Stallone est allé jusqu'à utiliser cinq caméras et une steadicam. Le metteur en scène est également réputé pour attendre le dernier moment pour dire les choses aux comédiens et à l'équipe technique, obligeant ces derniers à se tenir prêts à tout.
Le film a été tourné au Brésil et à la Nouvelle Orléans, principalement dans des décors naturels, ce qui, d'un point de vue pratique, n'a pas été sans poser problème du fait des contraintes météorologiques (chaleur, humidité, moussons, etc.). Cela étant, la beauté de ces endroits est à la source de la richesse visuelle du film, comme en témoignent les propos du producteur exécutif Les Weldon : "Les paysages, les villages de pêcheurs, les jungles et le caractère exceptionnel des gens nous ont fourni un environnement sans équivalent qui contribue à la force visuelle du film", rapporte-t-il.
Pour Dolph Lundgren, qui retrouve ainsi Stallone 25 ans après Rocky IV, la principale difficulté de tournage a consisté à valoriser l'humour présent dans le scénario : "Tuer ou se battre n’est pas le plus compliqué, mais quand il est quatre heures du matin et que vous êtes épuisé, essayez donc d’être drôle !", explique le comédien.
Si Sylvester Stallone a cherché à créer un film d'action des plus explosifs, il n'a pas pour autant négligé l'aspect humain des personnages, lesquels ne se définissent donc pas seulement de par leurs caractéristiques guerrières : "Un héros ne se définit ni par sa puissance ni par ses exploits, mais d’abord par ce qu’il en fait. Même si les personnages de ce film vivent en marge du monde et ont une existence extraordinaire, ce sont aussi des humains dont la vie n’est pas idéale", confie le metteur en scène.
Les Douze salopards (Robert Aldrich, 1967) et Les Chiens de guerre (John Irvin, 1980) sont deux films de guerre incontournables desquels Sylvester Stallone s'est inspiré pour écrire Expendables : unité spéciale. Dans ces films, le thème de la guerre est central, sans pour autant éclipser l'aspect humain et la psychologie des soldats.
"Expendables" signifie quelque chose qui peut être sacrifié, dans le but d'atteindre un objectif militaire.
Expendables : unité spéciale devait être le dernier film dans lequel Brittany Murphy avait joué (l’actrice étant décédée en décembre 2009, peu de temps après la fin du tournage)... sauf que son rôle a été supprimé en cours de tournage, suite à des réécritures du scénario.
A noter la présence de David Zayas dans le rôle du Général Garza. Le comédien est principalement connu pour ses rôles récurrents dans les séries Oz et Dexter : un redoutable chef de gang dans la première, un policier intègre dans la seconde.
Pour la plupart habitués aux films musclés, plusieurs acteurs du film avaient déjà joué ensemble. C’est le cas de Sylvester Stallone, qui retrouve Mickey Rourke après Get Carter, Eric Roberts après et Dolph Lundgren après Rocky IV. Expendables : unité spéciale marque également la troisième collaboration entre Jet Li et Jason Statham, après Rogue l'ultime affrontement en 2007 et The One en 2001. De même pour Mickey Rourke et Eric Roberts, qui s’étaient donné la réplique dans Le Pape de Greenwich Village (1984) et Spun (2002).
Cela fait six ans qu'Arnold Schwarzenegger n'avait pas joué dans un film. Sa dernière apparition remonte à Le Tour du monde en 80 jours en 2004, avec Jackie Chan et Steve Coogan dans les rôles principaux. Son dernier grand rôle est celui qu'il a eu dans Terminator 3 : le Soulèvement des Machines, sorti en France en 2003.
Sylvester Stallone s'est blessé au cou pendant le tournage d'une scène de combat avec Steve Austin.
Dolph Lundgren, l'un des personnages principaux du film, décrit Expendables : unité spéciale comme un film d'action old school, où les gens se tirent dessus et se battent au couteau...
Expendables : unité spéciale est le huitième film réalisé par Sylvester Stallone. C'est aussi la première fois, depuis Staying Alive en 1983, qu'il met en scène un film qui n'a rien à voir avec les personnages de Rambo et Rocky.
A l'origine, le budget du film était fixé à 60 millions de dollars, mais il augmenta au gré du tournage, pour monter jusqu'à 80 millions.