Khoảng thời gian 3 tháng dự kiến cho giai đoạn tiền sản xuất đã bị rút ngắn nhằm theo kịp tiến độ phát hành, khiến Cameron không có đủ thời gian mà ông mong muốn để chuẩn bị tất cả các công đoạn trước khi bắt đầu bấm máy. Trong suốt hơn một tuần, ông đã dành vài giờ mỗi ngày để dàn dựng các cảnh quay xe cộ bằng cách sử dụng xe hơi và xe tải đồ chơi, ghi lại chúng rồi chuyển thành hình ảnh đưa cho các họa sĩ storyboard. Do không đủ thời gian để thử nghiệm các hiệu ứng thực tế trước khi ghi hình, nên nếu hiệu ứng không hoạt động như mong đợ thì ekip làm phim buộc phải tìm cách xoay sở. Quá trình quay phim chính bắt đầu diễn ra vào ngày 8–9 tháng 10 năm 1990 với ngân sách 60 triệu USD. Các cảnh quay được thực hiện không theo trình tự cốt truyện nhằm ưu tiên cho những cảnh cần nhiều hiệu ứng hình ảnh. Điều này gây khó khăn cho Schwarzenegger bởi vì ông cần phải truyền tải những biểu hiện tinh tế về sự phát triển nhân tính của T-800 và bản thân không chắc chắn điều gì là phù hợp với từng phân cảnh. Nhà quay phim Adam Greenberg, người từng làm việc trong Kẻ hủy diệt, cho rằng quy mô lớn hơn của phần hậu truyện này là thách thức đáng gờm nhất. Trước đây ông có thể hô hào chỉ đạo ekip của mình trong phần phim đầu, còn bây giờ ông phải sử dụng một trong 187 máy bộ đàm để điều phối công việc trên một khu vực rộng lớn.Quá trình sản xuất gặp nhiều khó khăn, một phần là do bản tính nóng nảy và thái độ "độc đoán" không chịu thỏa hiệp của Cameron. Đoàn làm phim đã sản xuất những chiếc áo phông với khẩu hiệu "Anh không thể làm tôi sợ hãi được đâu—Tôi làm việc cho Jim Cameron" (You can't scare me—I work for Jim Cameron). Schwarzenegger mô tả vị đạo diễn là một người hỗ trợ đầy nhiệt huyết nhưng cũng "đòi hỏi cao" và "sự ám ảnh dành cho chi tiết vật lý lẫn hình ảnh". Tuy nhiên, đến ngày quay thứ 101, cả Schwarzenegger và Hamilton đều cảm thấy mệt mỏi vì số lần quay lại nhiều của Cameron, khi ông dành đến 5 ngày chỉ để quay cảnh cận mặt Hamilton trong nhà Dyson. Để theo kịp tiến độ, Cameron đã làm việc cả ngày Giáng Sinh và thuyết phục Schwarzenegger hủy bỏ chuyến thăm quân nhân Mỹ ở Ả Rập Xê Út cùng với Tổng thống Mỹ George H. W. Bush để thực hiện cảnh quay của mình.
Khoảng thời gian 3 tháng dự kiến cho giai đoạn tiền sản xuất đã bị rút ngắn nhằm theo kịp tiến độ phát hành, khiến Cameron không có đủ thời gian mà ông mong muốn để chuẩn bị tất cả các công đoạn trước khi bắt đầu bấm máy. Do không đủ thời gian để thử nghiệm các hiệu ứng thực tế trước khi ghi hình, nên nếu hiệu ứng không hoạt động như mong đợ thì ekip làm phim buộc phải tìm cách xoay sở.