Первоначально сценарий предполагал участие Данилы Багрова и его друзей в программе «Взгляд» с Александром Любимовым, но ведущий неожиданно в последний момент отказался от сотрудничества.
Картина находилась практически на завершающем этапе съемок московского периода, и разочарованный Алексей Балабанов стал срочно искать другой вариант. Помогла случайная встреча с Иваном Демидовым - известным телеведущим, которая привела к соглашению о проведении съемки в рамках передачи «В мире людей». В кадре роль оператора исполнила супруга Сергея Бодрова - Светлана, работавшая ранее на телевидении и активно поддерживавшая команду.
Московский период съемок «Брата 2» пришелся на время после трагических событий, связанных с взрывами домов. Милиция работала в полную силу. Чтобы снять сцену перестрелки, съемочной группе пришлось аккуратно транспортировать реквизитное оружие. Атрибутика были надежно упакованы с соблюдением всех правил, поскольку нарушение могло привести к остановке съемочного процесса. Сцену успешно сняли одним дублем.
Режиссер Алексей Балабанов всегда предпочитал натуральность во всех аспектах производства фильмов. Так, квартира певицы Ирины Салтыковой использовалась для воссоздания обстановки звезды, а тюремные сцены снимались в исторической гауптвахте Московского гарнизона, где содержались известные исторические деятели вроде Льва Троцкого и Лаврентия Берии. Для большей реалистичности сценария пригласили заключенного с богатым криминальным прошлым, который вел себя естественно перед камерой. Татуировки, нанесенные гримером, выглядели максимально правдоподобно.
Сцены дома банкира Белкина проходили в музее-заповеднике «Горки Ленинские». Роль миллионера исполнил Сергей Маковецкий, наслаждавшийся атмосферой богатства и комфорта — мебелью времен прошлого века, винтажными автомобилями и стильными костюмами. Его коллеги часто подшучивали над актером, утверждая, что он намеренно задерживался в роли, придумывая поводы продлить пребывание в образе богача.
Работа над американской частью фильма проходила непросто. Американцы проявляли осторожность по отношению к российским кинематографистам. Согласно законодательству США, нельзя снимать действующих сотрудников полиции, реальную форму или настоящие доллары. Русским же удалось обойти ограничения, используя копии купюр, договорившись с мексиканскими полицейскими и отправляясь в небезопасные районы города.
Знаменательную роль американского таксиста сыграл иммигрант Роман Токарь, ранее не связанный с миром кино. Интересно, что озвучил персонажа известный актер Юрий Стоянов.
Для одного из эпизодов понадобился американский грузовик-трак стоимостью примерно 150 тысяч долларов. Из-за дороговизны проката команда решила исключить этот фрагмент, пока случайно не натолкнулась на подходящий красный грузовой трейлер, загруженный кукурузой. Владельца убедили позволить провести съемки, пообещав компенсацию и предложив импровизированный метод вождения с участием актера Рэя Толера.
Чтобы создать атмосферу боевика, понадобилось самодельное оружие, как и в первой части картины. Профессиональные американские специалисты долго не понимали концепцию самопала, пока оператор Сергей Астахов самостоятельно не смастерил примитивное устройство из дерева, металла и спичек. Получившийся агрегат произвел впечатление даже на опытного специалиста-пиротехника, хотя тот отказывался ручаться за безопасность актеров при использовании устройства.
Сюжет предусматривал столкновение Данилы с автомобилем, управляемым зажиточной американкой. Реализовать эту идею было сложно, так как замедлить транспортное средство в заданной точке физически невозможно. Поэтому операторы нашли такой выход: машина стояла неподвижно, а иллюзия движения обеспечивалась движущейся кинокамерой. Во время удара актер напрыгнул на капот, имитируя аварию, а помощники слегка опускали автомобиль, создавая эффект аварийного торможения.
Александр Дьяченко, сыгравший братьев Громовых, значительно облегчил работу команды в США. Благодаря своим связям он смог устроить бесплатные съемки на ледовом катке и привлечь известных спортсменов.
Несмотря на опасения, съемочный процесс в неблагополучном районе американского города прошел спокойно. Местные жители охотно согласились принять участие в массовых сценах, обучая режиссера специфическим выражениям и шокировав его наличием поклонников творчества первой части фильма. Один из участников массовки настолько увлекся игрой, что случайно травмировал Сергея Бодрова, повредив ему два ребра.