Quá trình ghi hình của Dòng máu anh hùng kéo dài trong 4 tháng, bắt đầu từ ngày 11 tháng 1 đến đầu tháng 5 năm 2006. Toàn bộ cuốn phim được quay ở Việt Nam, tại các địa điểm ở Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hội An, Lạng Sơn và Thái Nguyên. Sau một tháng quay ở Thành phố Hồ Chí Minh và Hội An, đoàn làm phim chuyển đến ngôi làng cách đường quốc lộ 3 km tại huyện Lộc Bình, Lạng Sơn. Đây là bộ phim nhựa đầu tiên mà Jimmy Nghiêm Phạm giữ vai trò giám đốc sản xuất. Thành phần đoàn làm phim bao gồm một ê-kíp đã làm việc với anh hơn 10 năm ở Mỹ, với 95% là người trong nước đảm nhận. Kịch bản phim được chỉnh sửa nhiều lần trong thời gian quay.Phim xuất hiện nhiều môn võ thuật như Vovinam, Taekwondo, Wushu và một số chiêu thức do các võ sư Việt Nam sáng tạo thời chống Pháp, chưa từng được khai thác qua ống kính điện ảnh. Theo Johnny Trí Nguyễn, người tham gia vai trò đạo diễn võ thuật và tổ chức sản xuất, phim bỏ đi một vài pha biểu diễn võ thuật đẹp mắt vì "không thuần Việt", đồng thời sử dụng Liên Phong Quyền—một môn phái võ thuật do ông nội anh lập nên. Anh khẳng định phim lấy môn Vovinam làm chủ đạo, vì "lực lượng cascadeur trong phim rất nhiều người xuất thân từ môn võ này" và bản thân rút ra nhiều kinh nghiệm trong những năm tham gia điện ảnh để "chọn ra những góc máy, cách quay và dựng cảnh của các pha hành động sao cho đạt hiệu quả cao nhất".Để hỗ trợ cho những cú máy trên cao, một chiếc cần cẩu dài 11 mét được sử dụng trên phim trường dưới sự giám sát của giám đốc sản xuất Jimmy Nghiêm Phạm. Nhà thiết kế Ngô Thái Uyên cung cấp khoảng 300 bộ trang phục cho bộ phim, bao gồm chiếc áo dài tím của Ngô Thanh Vân. Cô phải trao đổi kỹ với đạo diễn về bối cảnh phim trước khi bắt tay vào việc, vì khoảng năm 1920 "là thời điểm thay đổi nhiều về trang phục." Stephane Gauger là người hỗ trợ Dominic Pereira trong cương vị quay phim chính kiêm giám đốc hình ảnh. Tại Thái Nguyên, đoàn phim sử dụng chiếc đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước với những toa tàu mục nát; do không thể phục hồi, đoàn tàu phải nhờ một đầu máy khác đẩy từ phía sau.Trong lúc ghi hình, Ngô Thanh Vân cùng dàn cascadeur hàng ngày phải tập các đòn thế để khi diễn không quên bài. Ở Lạng Sơn, cô bị rạn xương chân do một chiếc máy quay phim rơi trúng, buộc phải bó bột 2 tuần lễ và đi lại bằng nạng. Cô gọi đây "là tai nạn lớn nhất của tôi từ nhỏ đến giờ" và tâm lý "rất nặng nề". Lúc ghi hình trận đánh cao trào của phim, đạo diễn quyết định không quay Ngô Thanh Vân toàn thân mà chỉ quay cận cảnh, còn trận đánh được dời lại để vết thương của cô lành hẳn rồi quay tiếp. Nhiều cảnh đòi hỏi cô phải nhảy từ độ cao 4 mét, như từ ban công này qua một lô cốt khác trong nhà tù, khiến cô ngất xỉu sau một lần thực hiện. Khi được hỏi về cảm giác lúc đóng những cảnh nguy hiểm, cô chia sẻ "Bản thân tôi cũng có máu liều mà. Không hiểu sao lúc đó, tôi không nghĩ gì đến sự nguy hiểm, không nghĩ tới bản thân, thân xác mình."Một cảnh quay khác, khi Ngô Thanh Vân bắn bằng một khẩu súng dài với đạn là thuốc pháo, cô tưởng mắt mình "đã có vấn đề" khi thuốc văng xác pháo vào mắt. Sau khi rửa mắt xong, cô mới biết mình không sao. Dustin Nguyễn đề nghị người thực hiện cháy nổ cho bắn thử trong một cảnh bắn nhau, dù người này khẳng định mọi chuyện đã an toàn. Sau khi bắn, phát súng làm gãy cả một cành cây. Anh kể lại, "Nếu không kiểm tra trước, tôi cứ bắn vào bạn diễn, thế nào cũng có tai nạn rồi." Một diễn viên đóng vai phụ tên là Lê Quang bị khẩu súng phụt lửa ngược vào mắt phải lúc quay ở Lạng Sơn vào tháng 3. Sau nhiều lần đến khám tại bệnh viện, bác sĩ chẩn đoán anh bị khuyết tật khúc xạ mắt bẩm sinh, với thị lực là 2/10. Nghi ngờ kết quả khám mắt và phía hãng phim, Lê Quang tiến hành các thủ tục để khởi kiện; vụ việc được giải quyết bằng con đường thương thuyết.
Quá trình ghi hình của Dòng máu anh hùng kéo dài trong 4 tháng, bắt đầu từ ngày 11 tháng 1 đến đầu tháng 5 năm 2006. Một diễn viên đóng vai phụ tên là Lê Quang bị khẩu súng phụt lửa ngược vào mắt phải lúc quay ở Lạng Sơn vào tháng 3.