像美國隊長這麼經典的漫畫角色，要在現實世界中設計出他的制服，對曾經入圍奧斯卡獎的服裝設計師安娜謝普以及概念畫家和設計師萊恩曼納汀來說是一大挑戰。因為《美國隊長》系列漫畫已有七十年的悠久歷史，他們必須同時滿足漫畫迷的要求，同時達到可信度，最重要的是，美國隊長的制服必須看起來既酷炫又夢幻。共同製片史蒂芬布魯薩德說：「不管是《鋼鐵人》系列電影中東尼史塔克穿的鋼鐵裝，或是雷神索爾的盔甲，它們都必須看起來既現實，又符合漫畫中的形象。美國隊長的制服也一樣，當史提芬羅傑斯穿上美國隊長的制服，他就是一個符號、一種象徵。」

製片凱文費吉則說：「如果我們捨棄漫畫的原始設計就太傻了，但是我們也必須以漫畫的原型為基礎，保留最具代表性的部份，同時也要為演員和故事重新設計，盡量讓這套制服看起來很有可信度。」當克里斯伊凡花好幾個禮拜的時間接受密集的體能訓練，達到史提芬羅傑斯被注射超級戰士血清後的強壯體格，一組特殊化妝師也在設計紅骷髏的造型。特殊化妝設計師大衛懷特必須先替飾演紅骷髏的雨果威明上石膏造模，然後再設計紅骷髏的特殊化妝造型。

懷特說：「我的目標是把雨果和紅骷髏天衣無縫地結合起來，我希望雨果本人的樣子不會被特殊化妝完全蓋住。」特殊化妝小組和製作團隊的目標是達到紅骷髏看起來只剩下燒傷後的皮膚和骨骼，但是卻看不出他有被燒傷過，懷特說：「導演不希望觀眾同情紅骷髏，我們不希望任何人可憐他，但是同時也要塑造出這角色既經典又令人難忘的可怕造型，我們最後終於打造出既可怕卻又不令人作嘔的造型，反而呈現出一種酷炫和吸引人的效果，絕對會讓觀眾看得目不轉睛。」

一旦紅骷髏的造型設計完成，整個特殊化妝過程就要花上三個半小時才能完成，電腦動畫師則必須在後製過程中把雨果威明的鼻子移掉。製片費吉說：「我們一直以為只要靠電腦特效就能達到我們要的效果，但是除了移除鼻子以外，紅骷髏的整體造型全都是特殊化妝師打造出來的。」為了打造出紅骷髏的整體造型，特殊化妝設計師大衛懷特動員了七名特殊化妝師把經過處理的矽膠片貼在雨果威明的皮膚上，然後再上色和化妝。

矽膠片的好處是它稍微有點透明度，所以在燈光下會發光，而且是紅光，雨果威明說：「這整個過程第一次做很痛苦，但是到了第二次我就發現他們做得非常精細，精細到我可以做出臉部表情，也就是說透過面具來演戲。顴骨、眉頭和嘴巴的效果真的很嚇人，但是我可以運用它們做出臉部表情並表達情緒，讓觀眾看到面具底下的施密特。」懷特說：「紅骷髏的特殊化妝在燈光下看起來非常真實，而且臉部的動作也很自然。」雨果威明通常必須戴著特殊化妝一次就演個十四或十五個鐘頭，他說：「悶熱是免不了的，我會在面具底下開始冒汗，但是汗水流不出去，所以就會積在我的耳朵或嘴巴旁邊。」

為了避免發生這種事，特殊化妝師必須在化妝過程中塗上很厚的粉底。曾經入圍奧斯卡獎的服裝設計師安娜謝普雖然設計過各種千奇百怪的戲服，但是她卻沒有替改編自漫畫的電影設計過戲服。她說：「替這部電影設計戲服對我來說是一次學習經驗，每個角色的造型都很重要，所以我們必須時常開會討論。身為一名服裝設計師，我必須接受在這方面經驗比我豐富太多的人的意見，幸好這些漫畫專家都很樂意提供很好的建議，讓我學到這類型電影的很多知識。」

當克里斯伊凡第一次穿上美國隊長經典的制服，他說：「大家都希望我有很好的表現，但是我得穿著這套制服長時間地演戲，而且穿上這套制服感覺上就好像背負了很沉重的擔子。有很多人花了很長的時間設計這套制服，他們每隔幾個星期也會做一些修改，當我最後說我覺得穿起來看起來很棒的時候，他們的工作才終於結束。」

制服模型師派崔克魏特克和服裝設計師安娜謝普以及服裝總監葛蘭姆查奇亞密切合作，他們也一直在和製作團隊溝通，確定這套制服的造型正確，看起來很酷炫，而且演員穿起來也可以很自然地演戲或是做出特技動作。這套制服的材質是防彈尼龍布，這種尼龍布很耐穿也很有韌度，而且可以塗上鮮艷的顏料並且讓演員輕鬆地活動。懷特說：「雖然這套制服必須具有很強的功能性，但是它看起來也可以有點笨重，畢竟故事的時空背景是四零年代。」

霍華史塔克在片中給了羅傑斯美國隊長的終極武器，他的盾牌。那是一塊圓盾，而且是《美國隊長》原創人喬賽門的早期設計。飾演霍華史塔克的多明尼克庫柏說：「那塊圓盾是用汎合金做的，它比純鋼更堅硬又更輕，而且完全防震，它被任何東西打到都不會震動，所以子彈打上去就像是被棉球擊中，而且是我發明的，不賴吧？」製片凱文費吉則說：「圓盾大概不是一般人會挑選的最佳武器，但是〈美國隊長〉系列漫畫到了第六百集，美國隊長還是能用圓盾做出你沒有看過的事。」

編劇特別寫了幾場美國隊長在作戰時丟擲圓盾的動作場面，編劇克里斯多佛馬庫斯說：「它是防禦和攻擊性武器，它能夠抵擋子彈，也可以用來攻擊敵人。」另一位編劇史蒂芬麥費利則說：「而且它超酷炫的，雖然一塊大圓盾應該看起來不怎麼樣，但是每次克里斯拿著它在片場走來走去，我都想要一個！」道具師巴瑞吉卜斯說：「片中總共有四種盾牌，用來拍攝特寫鏡頭的原始盾牌是用硬橡膠和軟橡膠做的，另外三種則是要看拍哪種鏡頭選擇性地使用。軟橡膠做的盾牌總是用來拍打鬥場面。」克里斯伊凡則說：「有時候我們必須拍電腦特效鏡頭，因為那塊圓盾太大了，如果我真的按照劇本那樣丟擲，一定會傷到別人。」