Une des raisons ayant poussé Laurent Tirard à faire Le Retour du héros réside dans le fait que les films d'aventures en costumes se font de plus en plus rares dans le paysage cinématographique français. Le metteur en scène confie : "Les films en costumes, et surtout les comédies d'aventure, comme celles de Rappeneau ou de De Broca, ont fait le bonheur de générations entières de spectateurs, et ont contribué à mon envie de faire du cinéma. Je ne comprends pas pourquoi elles ont disparu des écrans. Ce qui est sûr, c'est que nous avons eu beaucoup de mal à monter Le Retour du héros. Quand nous sommes allés voir les chaînes de télévision et les financiers, ils nous disaient que le public ne voulait plus voir ce genre de films."
Hormis cette passion pour ce genre, il y avait deux univers qui plaisaient particulièrement à Laurent Tirard dans Le Retour du héros : celui de Jane Austen, avec son élégance, son raffinement et ses personnages enfermés dans le carcan des codes de leur société, mais aussi celui des comédies d'aventures françaises, avec leur énergie, leur côté virevoltant et leur goût prononcé pour les personnages de canailles. "Je me suis dit que le mélange des deux créerait un choc des cultures assez explosif...", précise le cinéaste.
Laurent Tirard a choisi le 19ème siècle comme cadre temporel de son film parce qu'il s'agit de la période romanesque par excellence idéale pour une comédie d'aventure romantique. Il explique : "Mais si j’avais dû tourner le film en anglais, je pense que j’en aurais fait un western ! D’ailleurs quand je le regarde, j’y vois des références très nettes : au début, quand Elizabeth marche dans le hall du château et que Neuville arrive à cheval, c’est La Prisonnière du désert, l’image même de l’appel de l’aventure, les grands espaces... Quand Pauline raconte les exploits de son héros à l'assemblée, dans son salon, il y a un parfum d'Autant en Emporte le vent, et quand Neuville sort de la diligence, on est chez Sergio Leone ! De même, la charge des cosaques à la fin est totalement inspirée de « Mon nom est personne »..."
Laurent Tirard et son équipe ont pu tourner dans des châteaux qui existent comme ceux de Nandy en Seine et Marne, de Grosbois dans le Val de Marne ou de Gerberoy dans l'Oise. Si cela présentait l'avantage de ne pas avoir à les construire, le cinéaste a pu parallèlement constater à quel point ils sont aussi extrêmement protégés et pas toujours adaptés à un tournage. Il se rappelle : "Ce qui a été très intéressant, c’est que nous avons découvert qu’il y avait beaucoup de ces châteaux, privés généralement, qui ne sont pas en très bon état et la venue d’une équipe de cinéma arrange souvent le propriétaire parce qu’après notre départ et les travaux que nous y effectuons, l’endroit à meilleure mine qu’à notre arrivée ! Il y a aussi les demeures extrêmement bien préservées, où les contraintes effectivement sont nombreuses."
Le Retour du héros a été écrit pour Jean Dujardin qui avait déjà travaillé avec Laurent Tirard sur Un homme à la hauteur. Le comédien a également pu participer à l'élaboration de son personnage durant le processus d'écriture et le tournage. Le choix de l'interprète d'Elisabeth était plus compliqué comme l'explique le metteur en scène : "Sans doute parce que, inconsciemment, c’est le personnage qui était censé me représenter dans le film. C’est à elle que je m’identifie : quelqu’un d’introverti mais avec un monde intérieur très riche, qui va se trouver confrontée à la créature qu’elle a inventée et qui la dépasse… Bref, sans vouloir citer Flaubert, on peut dire qu'Elisabeth, c'est moi ! Le choix de la comédienne n’était donc pas évident et celui de Mélanie non plus car elle n’avait jamais fait de comédie."
Pour se préparer à se glisser dans la peau de son personnage, Jean Dujardin a lu des poèmes de Victor Hugo dont il s'est aussi servi au moment où son personnage de Neuville raconte la boucherie de la bataille contre les Autrichiens. L’idée du récit de Neuville lui est également venue grâce à un vieux film d’Henry Fonda sorti en 1939, Sur la piste des Mohawks, dans lequel il revient de la guerre d’indépendance contre les Anglais et raconte l’épouvantable tuerie.
Dans Le Retour du héros, Jean Dujardin monte à cheval, une activité qu'il avait déjà pratiquée dans Lucky Luke. Il confie : "Il y a 15 ans, j’ai donc appris à monter à cheval, j’ai fait du catch pour OSS 117 et à un moment, je me suis rendu compte que je n’apprenais plus grand-chose… Il y a chez moi quelque chose de besogneux : j’aime quand les choses sont bien bordées. Là j’ai fait un peu de menuet, un peu de cheval, un peu de maniement d’armes : tout cela fait évidemment partie de mon plaisir et de mon désir d’acteur. J’avoue que ça me manquait un peu..."
Lorsqu'il a écrit Le Retour du héros, Laurent Tirard avait en tête des images de western et écoutait du Ennio Morricone. C'est donc vers cette direction qu'il a aiguillé Mathieu Lamboley, le compositeur de la musique du film. Le réalisateur se souvient : "On a commencé à travailler très tôt, avant le tournage. Il me faisait venir régulièrement chez lui pour écouter des choses, et un jour, j'ai dit "voilà ! C'est ça le thème du film !". C’est quelque chose de très rare, de trouver la musique avant même de commencer le film, et ça m’a permis de tourner en ayant déjà en tête une certaine mélodie… Mathieu m’a ainsi accompagné durant toute la fabrication du film, du tournage au montage final, en me proposant une musique qui était un mélange de baroque et de western."
Plus de dix ans après le film belge culte Dikkenek, Mélanie Laurent fait son retour dans la comédie. La comédienne explique : "D’autant plus que dans Dikkenek, mon rôle n’était pas vraiment drôle : ce sont les situations et les personnages autour de moi qui étaient comiques, alors que j’étais plutôt 1er degré dans l’histoire ! Donc en fait, je me rends compte que Le Retour du héros est vraiment ma première comédie et que j’avais sans doute peur tout au long de ces années de cinéma de me frotter à ce registre. Il n’y a cependant aucun calcul de ma part : j’attendais juste un rôle comme celui d’Elisabeth Beaugrand pour dire oui..."
Mélanie Laurent incarne elle aussi un rôle physique. A titre d'exemple, l'actrice évoque le premier jour de tournage avec la scène où Elisabeth reconnaît Neuville qui arrive en diligence, vêtu de haillons et la barbe hirsute... Elle se rappelle : "Il y avait énormément de texte à dire ! Je me disais : « je joue la scène que l’on recommence pas mal de fois et c’est là où je me rends compte que c’est très physique : il faut que je coure, que je tombe, que j’attrape Jean, que je sois presque hystérique... Alors je connaissais le scénario par cœur, j’avais préparé les choses très sérieusement un mois avant mais là, devoir faire et refaire les prises dans le souffle, le mouvement et ce débit de parole ça m’a épuisée. Quand Laurent a dit « Coupez » à 17 heures, je suis allée me coucher... Ça ne m’étais jamais arrivé : je suis inépuisable, jamais fatiguée... Là, je suis entrée dans ma chambre, je me suis allongée et je ne suis pas sortie du lit ! Le lendemain, je me souviens avoir dit à Jean : « mais c’est ça la comédie ? »... C’est-à-dire que vous ne pouvez même pas boire un verre de vin le soir au dîner ! Et Jean m’a répondu : « eh oui, bienvenue dans notre monde...»"
Tous les costumes des personnages principaux ont été créés pour les besoins du Retour du héros. Pour le costume militaire du capitaine Neuville, Laurent Tirard voulait quelque chose de flamboyant. Le cinéaste développe au sujet des costumes des deux personnages principaux : "Dans les romans de Jane Austen, les officiers portent toujours cette couleur rouge, qui est celle de l'armée britannique. Ça leur donne une prestance incroyable. Donc j'ai fait de Neuville un hussard rouge, sans me soucier de savoir si c'était exact du point de vue historique. Ce qui comptait pour moi, c’est que lorsque Jean débarque dans cet uniforme, on comprenne immédiatement à qui on a affaire... C’est la même chose pour les robes de Mélanie : Pierre-Jean aime beaucoup travailler à partir de saris et de tissus indiens. La manière dont il les utilise parvient à redonner aux vêtements le parfum de l'époque. Peut-être parce qu'il y a quelque chose d'exotique dans le motif qui nous donne le sentiment que ces tissus viennent de loin..."