A l’origine, Dhoom 3 devait sortir non pas ce Noël mais celui de 2012. Cette date a finalement été abandonnée par la production. Avec un tournage démarrant fin 2011, cette dernière a jugé que les délais étaient trop serrés et obligeaient à bâcler la post-production. Plusieurs contretemps ont, en outre, émaillé le tournage. Ainsi, Abhishek Bachchan a dû s’absenter dès le début des prises de vue pour cause de paternité. En janvier 2012 à son retour, le programme fut encore bouleversé et repoussé à juin par la faute d’Aamir Khan qui était pris par sa série télévisée "Satyamev Jayate". En raison de ces évènements, le tournage n’a réellement débuté que le 8 juin 2012.
Pour la troisième fois, Abhishek Bachchan reprend son rôle d’officier de police ACP Jai Dixit. Plus de cinq ans après la sortie de Dhoom 2, l’acteur indien a dû perdre pas moins de 9 kilos pour le tournage. Autre acteur à avoir accepté de poursuivre l’aventure, Uday Chopra retrouvant les habits du policier Ali Akbar Fateh Khan.
Après avoir réalisé les deux premiers volets de la saga, Sanjay Gadhvi n’a pas été reconduit pour ce troisième opus. La réalisation a été confiée au scénariste et dialoguiste de Dhoom 1 et 2, Vijay Krishna Acharya dont il s’agissait du second long-métrage après Tashan en 2008. Comme pour les deux précédents, il a signé le scénario du film.