在漫威出品的本片中，傲慢的工业界天才托尼·斯塔克（钢铁侠）将要面对一个要置其于死地的劲敌。当斯塔克发现自己的世界被摧毁后，他开始踏上寻仇之路。在寻仇之路上，他将会遇到各式各样的坎坷与考验。背水一战的斯塔克只剩下自己的盔甲陪伴，他要靠自己的智谋和直觉去保护最亲近的人们。在与敌人对抗的过程中，斯塔克也逐渐解开了一直困扰自己的难题：到底是他成就了钢铁侠，还是钢铁侠成就了他？
制片人凯文·费吉称：“本片让人激动不已之处，不仅仅在于前两部的积淀，还因为他是漫威继《复仇者联盟》后的第一部后续作品。像这样的情况，一部电影承接了之前的两部电影，是很少见的。而这样其实也在某种程度上解放了本片，让它更加与众不同了。对于这一点，我们无比兴奋。”
在漫威的作品系列中，每部影片里发生的事都会跟接下来的电影及系列有所关联。对于托尼·斯塔克来说，他可能已将自己在《复仇者联盟》中的经历抛在脑后了，但他也在努力找寻着自己个人生活中的需求平衡。
制片人决定将本片的故事基调定为“回到基本”中，将深入探讨托尼·斯塔克在身无分文、赤手空拳的情况下，如何重新成为一个超级英雄。
本片将两个不同的故事线融汇到电影中。在《钢铁侠》漫画中，有两个很经典的故事——一个比较陈旧了，另一个比较现代。较老的一个角色就是曼达林，他也是整个系列中最著名的大反派之一了。
曼达林最早是在60年代的漫画中，制作团队希望可以就这个角色做做文章，塑造一个当代版的反派。另外，制作团队还想结合漫画中的“终极改造”病毒作为另一条线。这个病毒是在2008年第一部《钢铁侠》电影上映前不久首次在漫画中出现的。它能够将人体进行生理增强改造，而漫画中，托尼就要面对一群改造人的挑战。所以，制作团队想，如果能把这两个点都加在本片中，也许是很有意思的事。
唐尼很早前就看重“终极改造”病毒这个点了。唐尼说：“我记得当时我们正要开拍《钢铁侠》第一部，我就开始看漫画，看到了终极改造病毒这个点，觉得太酷了。”
导演沙恩·布莱克说：“这个点让我觉得有趣的地方在于托尼在剧中是穿上钢铁盔甲，把自己保护在盔甲里。而对于改造人来说，他们的超能力是从身体里激发出来的。感觉就好比如果托尼是在驾驶一辆车，那改造人自己就是一辆车。”
托尼·斯塔克在《复仇者联盟》中的经历则让他苦痛不已，他曾以为自己是世上惟一的超级英雄，而在本片中他需要面对自己不再独特的事实。在《复仇者联盟》中，托尼不仅经历了颠覆整个世界的大事件，见识到了其他超级英雄的能力，还看到了另一个世界的入口在空中开启。
而唐尼饰演的托尼·斯塔克在《钢铁侠》系列中一路走来，也让观众们对其产生了更多感情。本片中最棒的一点就是托尼能够回到电影最初的闪光点中，在此基础上重新继续开发。而《复仇者联盟》的巨大成功让《钢铁侠》的制作团队省了不少事儿，不用再去搞一个新电影了，这样大家可以好好在托尼·斯塔克这个人物身上下功夫，好好把这个系列做得更加完整。
尽管唐尼和漫威都确定了加盟第三部，但有个最大的问题迟迟未决，那就是谁来接班将《钢铁侠》系列打造成全球卖座大片的导演乔恩·费儒。
乔恩·费儒在前两部中的成就是开创性的伟绩。所以当制作团队要开始选新导演时，真的非常头疼。大家需要找个经验丰富、能力出色、能拍出大场面动作片而又要接地气的导演。
制片人找到了曾与唐尼合作电影《小贼、美女和妙探》的导演沙恩·布莱克，而这部电影也是助力唐尼成为托尼·斯塔克扮演者强力候选的重要因素。对于唐尼来说，能请到曾在《钢铁侠》第一部的拍摄时出力不少的布莱克来掌镜并撰写剧本，是件圆满的事情。在第一部的拍摄前期，乔恩·费儒和唐尼就曾经寻求过沙恩的帮助，让他给各种场景提意见。他总是能给出很有建设性的提议而且分文不取。也就有一次，他点了份烤鱼和蓝莓作为报酬。沙恩对于打造动作片喜剧类型很有一套，所以当漫威提到他的时候，唐尼特别开心，而且很希望他能来执导第三部。
本身就是位“钢丝”的沙恩·布莱克，当然不会错过这次还能与唐尼再次合作的机会。他认为能够有幸参与到本片中来，实在是最伟大的事情了。而且唐尼又是一切质量的保证，他一向这么棒。
制作团队希望本片能有一个全新的基调，沙恩·布莱克有着很独到的剧本创作风格。他不仅擅长动作片，也能将黑色喜剧中的扭曲感展现得淋漓尽致。他最神奇的一点就是能在一个场景中，将一切都呈现出来。他的剧本特质之一就是虽然有点古怪，但却感情丰富而且用心。
尽管受到全世界的爱戴，但托尼·斯塔克仍然经受着身份的煎熬，他变得越来越依赖自己的钢铁盔甲，而他要学着开始把钢铁侠和托尼的人生区别开来。盔甲已经逐渐渗透到他生活的每个部分中了，甚至包括他的至亲挚友小辣椒、罗德上校以及快乐·霍根。
观众怎样才能从一个亿万富翁花花公子的身上找到共鸣而站在他一边呢？一个方法就是靠唐尼的表演，他的演绎已经让托尼·斯塔克成为了人人喜爱的伟大英雄。而另一个办法就是让这个人物突然失去一切，这样你就会站在他这边支持他了。如果要选个完全站在托尼一边让他可以无条件信赖的人，那一定就是斯塔克企业的CEO兼托尼的女友小辣椒了。该角色由奥斯卡得主格温妮丝·帕特洛饰演。
在本片中，托尼和小辣椒两个人的关系已经很稳定了。他们一起住在托尼位于马里布的豪宅，两人的相处也不再像前两部中那么紧张，而是变得很舒服很自然。几部电影下来能有这样的关系进展真是很不错。唐尼和帕特洛的每次合作都很好，而现在要把这些上升到一个新高度。当然，两人之间还是经常有些打情骂俏在，但不再显得牵强生涩了。
故事中还会有小辣椒和托尼动情秀恩爱的部分，不过是以很有趣的形式呈现出来。两人的感情一直穿插在包括《复仇者联盟》在内的整个四部电影中不断发展，而在本片中将达到顶峰。
唐尼总结道：“托尼是所有超级英雄角色中惟一一个只对一个女性从一而终不离不弃的。这就跟一段真实的感情似的，而这也是让格温妮丝对电影有兴趣的一点。这次，我们还会让她的角色有令人瞠目的展现，这可是我最为之兴奋的事情之一了。”
