《烈日灼心》在拍摄时，邓超为了保持阴郁的状态，离群索居，甚至不与剧组其他演员交流。他常常穿着警服入酒店，让人误以为有事发生。他还曾穿着制服去吃火锅，让店家误以为出了大事。
邓超在片场经常崩溃大哭，对辛小丰的身世经历感到惋惜。他的过度压抑甚至导致他在现场晕厥两次，有时还会情绪失控地“大骂”导演。他还被要求以竞走速度完成近50米石板路台阶，全程用尽全力背起身材壮实的郭涛。
段奕宏为了饰演刑警角色，特地花费半个月时间到厦门地方派出所体验生活。他和邓超每天都穿着警服进入酒店，让人误以为有事发生。他们还去地摊买了两三块钱的假三枪内裤，完全进入了角色。
郭涛饰演的出租车司机需要表演“重口味”，为拍摄特殊场景而化了一周都无法洗掉的妆。在需要自己缝针的场景中，他大喊“招架不住”。拍摄水下戏时，现场地下水道的水又臭又脏，水面漂着一层焦黄色的漂浮物，邓超必须在水下完成一系列动作，整个水下戏的拍摄时间长达一天。段奕宏在现场一直提醒邓超注意自我保护，说水中的细菌搞不好会让皮肤溃烂。
为了追求更好的拍摄效果，邓超在片场屡次与导演现场“对骂”。片中他与吕颂贤有一段同性恋戏份。注射死刑的那场戏非常辛苦，最终这部分戏也做了些修改。邓超决定用真的注射的方式来演这场死刑戏，但找的不是专业的医生，刚开始扎了几次全都扎偏。那是一个七分钟的长镜头，从血管带到脸，开始是清醒的，到小丰害怕死亡的感觉。再换到死刑仪的镜头，一共有三管镇静剂，是一个三到四分钟的长镜头。
电影的结局和原著小说并不相同。最初曹保平导演找到段奕宏，他想饰演的是辛小丰这个角色，他从2012年6月为这个角色准备到2013年2月份，在9月份导演突然让他饰演演伊谷春。
邓超在拍摄结束之后还陷在其中，很难脱离“小丰”这个角色。而段奕宏也表示在拍戏时感觉邓超人戏不分，有一场戏是邓超戴着手铐走向他，他一下子分不清是辛小丰还是邓超。
