Da Claus von Stauffenberg in Nordarfrika verletzt wurde und dabei sein Auge verlor musste Tom Cruise mit einer Augenbinde spielen: "Das war eine schwierige Erfahrung", gesteht der Schauspieler. "Anfangs hat sie mich durcheinander gebracht, und ich habe versucht, mich in ihn hineinzufühlen. Ich habe mir vorgestelllt, was er alles im Alltag ertragen musste. Es war auch sehr schwierig für mich als Schauspieler, mit einem zur Hälfte verdeckten Gesicht zu spielen."
Während der Dreharbeiten verletzten sich elf Statisten bei einem Unfall. Sie saßen in einem Militärfahrzeug aus dem Zweiten Weltkrieg als sich plötzlich in einer Kurve eine Türe öffnete. Die Statisten fielen aus dem Fahrzeug, wurden jedoch sogleich medizinisch versorgt. Keiner von ihnen verletzte sich schwer.
Der Drehbuchautor und Regisseur Christopher McQuarrie arbeitet erneut mit Bryan Singer zusammen, für den er bereits die Story zu Die üblichen Verdächtigen schrieb. Singer wandte sich außerdem wieder an John Ottman, der für ihn die Musik zu jedem seiner Filme, außer X-Men, komponierte.
Die beiden Drehbuchautoren Christopher McQuarrie und Nathan Alexander haben für Operation Walküre - Das Stauffenberg Attentat eine besondere Methode angewendet : Alexander schrieb zuerst eine Szenenfolge, die sich sehr genau an die historische Chronologie hielt, bevor McQuarrie diese unter einem dramaturgischen Aspekt bearbeitete. Gemeinsam haben sie versucht, ein Gleichgewicht zu finden.