بعد از ساخت مرد آهنی ۲، فاورو تصمیم گرفت که دیگر برای کارگردانی مرد آهنی بازنگردد و بلک در فوریه ۲۰۱۱ برای کارگردانی این فیلم استخدام شد. فیلمبرداری در ۲۳ مهٔ ۲۰۱۲ در ویلمینگتن، کارولینای شمالی آغاز شد. لوکیشن اصلی این فیلم کارولینای شمالی بود و برخی سکانسهای فیلم در چین، فلوریدا و لسآنجلس ضبط شدهاند. ۱۷ کمپانی، کار طراحی و اجرای جلوههای ویژه این فیلم را برعهده داشتند.
مرد آهنی ۳ بعد از پایان فیلمبرداری سهبعدی شد. فرش قرمز این فیلم در ۱۴ آوریل ۲۰۱۳ در پاریس برگزار گردید و ۲۵ آوریل به صورت جهانی و در ۳ مهٔ ۲۰۱۳ در ایالات متحده اکران شد. فیلم هم در گیشه و هم در نظر منتقدان موفق بود. با فروش بیش از ۱٫۲ میلیارد دلار، این فیلم هماکنون ۱۹امین فیلم پرفروش تاریخ، هفتمین فیلم پرفروش ابرقهرمانی و دومین فیلم پرفروش ۲۰۱۳ است. این فیلم نخستین فیلم از سری مرد آهنی و دومین فیلم مارول بعد از انتقامجویان بود که فروشش از مرز ۱ میلیارد دلار عبور کرد. در ۳ سپتامبر ۲۰۱۳ فیلم برای دانلود روی اینترنت قرار گرفت و ۲۴ سپتامبر ۲۰۱۳، دیویدی و دیسک بلو-ری آن منتشر شد.