Sau thành công của phần một giữa năm 2015, Lý Hải cho biết đã nhanh chóng lên ý tưởng và chắp bút kịch bản cho bộ phim Lật mặt tiếp theo, đồng thời hé lộ phim này tiếp tục thuộc thể loại hài hành động với yếu tố hài hước bắt nguồn từ tình huống mà các nhân vật gặp phải.[4] Buổi tuyển chọn diễn viên cho phần hai diễn ra vào ngày 2 tháng 9 năm 2015 với hàng trăm khán giả và diễn viên chuyên nghiệp đến thử vai, tiếp theo là một buổi tuyển chọn khác nhằm tìm kiếm hai ứng viên xuất sắc nhất (một nam, một nữ) trở thành các diễn viên chính của phim;[5][6] theo Lý Hải, phim không mời nhiều nghệ sĩ nổi tiếng tham gia hoặc tạo chiêu trò gây chú ý.[2] Ngày 22 tháng 10 năm 2015, Lý Hải công bố dự án phim Lật mặt 2: Phim trường đến truyền thông sau sáu tháng viết kịch bản, lựa chọn bối cảnh và tuyển vai, trong đó anh kiêm nhiệm vai trò biên kịch, đạo diễn, diễn viên và nhà sản xuất.[7][8][9]

Tác phẩm được khởi quay vào cuối tháng 10 năm 2015 với kinh phí đầu tư là 15 tỷ đồng; bối cảnh ghi hình tập trung tại các tỉnh miền Trung của Việt Nam, kéo dài từ Bình Thuận đến Thừa Thiên Huế.[7][8][9] Để chuẩn bị cho những phân cảnh hành động, các diễn viên đã phải tập luyện võ thuật trong vòng ba tháng.[2][10] Một số cảnh hành động, rượt đuổi nguy hiểm theo dự kiến ban đầu sẽ sử dụng diễn viên đóng thế, nhưng Lý Hải từ chối và quyết định tự thực hiện nhằm tăng tính chân thực.[11] Trong quá trình quay phim, anh đã bốn lần gặp phải tai nạn thương tích trên phim trường,[10][11][12] trong đó lần gặp nạn thứ tư là vào ngày 25 tháng 11 khi anh mất tầm nhìn và không thể kiểm soát tay lái, té ngã và bị rạn hai xương sườn kèm theo trầy xước nặng, còn Quốc Thuận ngồi sau bị xây xát nhẹ.[11][13]

Lý Hải tự bỏ ra một khoản tiền lớn mua hai xe ô tô và một mô tô phân khối lớn chỉ để phục vụ cho phân cảnh truy đuổi giữa cảnh sát và tội phạm buôn lậu, dẫn đến các xe bị cháy và phá hủy hoàn toàn.[14][15] Ở phân đoạn này còn có cảnh một chiếc xe cảnh sát chạy với tốc độ cao, bay trên không và bị lật; đoàn phim phải tính toán tốc độ, cân nặng, chiều dài chiếc xe và vị trí của tài xế cho chính xác, đồng thời mời diễn viên đóng thế đảm nhiệm và chỉ ghi hình cảnh này một lần.[16][17] Lý Hải cũng nói thêm anh đã tự diễn phân cảnh lái xe mô tô từ máy bay xuống đất và phóng nhanh trên địa hình hiểm trở, một cảnh quay mà anh "chưa thấy trong phim Việt bao giờ".[18]