诺兰拍摄《敦刻尔克》的想法源于上世纪九十年代的一次敦刻尔克之行。在那次旅途中，他与未来的妻子艾玛·托马斯穿越英吉利海峡，追随着敦刻尔克行动中的船只重走撤离之路。这次旅途了激励他拍摄一部关于敦刻尔克的电影，当时他甚至考虑不写剧本而即兴创作整部电影，但艾玛·托马斯最终说服了他放弃这一想法。
在2015年，诺兰写了一部76页的剧本。这是他迄今为止最短的剧本，仅仅是其他剧本的一半长度。《敦刻尔克》也成为了第三部剧本完全由他撰写的电影。基于这部剧本，《敦刻尔克》电影于2016年1月进行前期制作，于2017年登上银幕，并最终在第90届奥斯卡金像奖中获得最佳剪辑，最佳混音和最佳音效剪辑三个奖项。
诺兰自《黑暗骑士》就开始进行的IMAX实践，在他的电影生涯中运用得愈发成熟。在《黑暗骑士》中，IMAX拍摄了大约三十分钟，在《黑暗骑士崛起》中是六十分钟，《星际穿越》大约是一个多小时，在《敦刻尔克》中则是大部分电影都在使用大画幅呈现。在《敦刻尔克》中，大约70%的时间都在使用IMAX摄影机进行拍摄。
这部电影也是诺兰导演历史以来最有挑战性的电影，它充分实践了诺兰的拍电影方式：把东西做出来，把东西拍出来。《敦刻尔克》在这一点上比之前的电影走的更远，电影在海陆空三个方面都作出了独特的实践，使得《敦刻尔克》成为诺兰电影序列中极为特殊的那一个。
在对空中的拍摄中，诺兰认为对飞机的描述需要引起现代观众的共鸣并引起他们的理解。《敦刻尔克》中需要各式各样的飞机以还原历史进行拍摄。剧组一开始尝试获得来自二战的战斗机以进行最大程度的还原，但是在寻找当时德军的109E梅塞施密特战斗机时，剧组只发现了在德国的一架无法租借的战斗机。最终，剧组使用了西班牙的一架基于梅塞施密特战斗机设计的战斗机。这架战斗机与梅塞施密特战斗机相比只有排气孔位置不同，但是仍然可以飞行。
除此之外，剧组还找到了德州的一位既有飞行技巧又真正拥有六架喷火战斗机的爱好者。这个飞行爱好者完全融入了制作中，能够帮助剧组在飞机造型上改造。在真实战机的加成下，演员几乎不需要表现出演戏般刻意的挣扎。在这种能够见到真实战机的亲身实践环境下，一切表现都是自然而然的。
剧组建造了能够在飞机上使用的平台以能够在飞机上进行拍摄。因为不能在借用的喷火战斗机上钻孔，诺兰最后用了一架雅克-52战斗机。剧组在雅克机上装上许多外观装饰使得它最后部分像喷火战斗机。雅克战斗机上许多地方都钻了孔以装上摄像机，从不同角度拍摄飞机的姿态。剧组还开发了不太常见的摄影系统，绑在直升机上的时候能够让直升机以快速飞行。因为直升机的速度过慢，跟不上喷火摄像机的队形，剧组还加强了飞机的结构。最终这种方式保证了每一个镜头都是实际拍下来的。
为了能够拍摄到空中的演员，剧组对雅克-52战斗机进行了改装，建造了一个可以双人驾驶的飞机。演员使用的是虚假的操纵杆，而真实的飞行员在后面驾驶。这样在拍摄过程中看起来只有一个驾驶员。剧组还建造了一个可以操纵的常平架，使得可以在地面以各种角度拍摄演员。这个装置在一个悬崖上被安装，身后就是大海以拍摄在空中格斗飞行的场景。
为了拍摄飞机从空中坠落到海面的场景，剧组根据喷火战斗机的外形有意造了许多模型战斗机以用于坠毁。在飞机坠毁的画面中，剧组用可降解材料模拟海上的油，事先在水上点了火，再通过一个吊车驳船将飞机吊到很高的地方，制造极致的角度后将飞机抛到水中。
在船只的拍摄中，诺兰认为最重要的是色调真实感，现实感。但是剧组只在博物馆中找到一艘二战时期的船，所以只能通过对现有船只进行改造以创造二战年代的质感。最终，剧组找到了一个稍晚于二战时代的标准尺寸法国驱逐舰，虽然比英国的长一点，但是和英国的驱逐舰外观相似。剧组把五十年代的装置拆下来，装上一些假的机枪。除此之外，剧组还找了一些小船以进行改进，使其外观上看上去像是驱逐舰的样子。
月石号是电影中的一个重要组成部分，也是一支聚集了众多角色的英雄船。剧组在苏格兰找到了这艘约于1935年建造的船。这种老式的船只让剧组觉得一定会在拍摄中沉没，于是他们做了一些调整，调整了操纵装置，帆和锚。剧组还在船只上加了一些个人化的细节，让人感觉电影中的主角拥有这艘船很多年了。月石号内部的拍摄不用假造的场景就已经足够逼仄，只要如实拍摄就能创造出电影需要的幽暗的环境。
因为受制于天气，水上拍片号称是花钱无底洞。在海上把船只调用有序也是相当困难。镜头中往往充满了巡洋舰，扫雷舰等不同尺寸的船只，空中还有战机飞过。在所有人拍摄的同时还要盯着七米高的巨浪，这种巨浪往往会在晚上将没有锁住的船卷走。剧组开展了很多实地考察行动，讨论如何拍摄。最终，他们决定在船头装上摄像机，这样可以拍到船的状态和船对船的移动。
除了拍摄主要进行的海滩，《敦刻尔克》还在其他地方进行了拍摄。荷兰艾瑟尔湖是一座大概只有四米深的淡水湖，剧组受推荐来到这里进行拍摄。理论上这里的拍摄应该比海水容易，结果剧组却遇到了糟糕的天气。除此之外，剧组还在一个水缸中拍摄了许多沉船景象。在水缸中，剧组造出了一艘“弗兰肯斯坦”船，每一半都是一种不同类型的船只，以提高拍摄的效率。剧组还用内部水缸完成了一些夜景。在最终的电影中，剧组将海洋、湖泊和水缸三者结合的景象一同展现在银幕是哪个。
在陆地上，《敦刻尔克》的拍摄就进行在敦刻尔克大撤离进行的海滩。电影中防波堤是最重要的布景，而原本的防波堤已经散掉或者被替换了。于是，剧组提前和敦刻尔克港联系好，获得一开始的蓝图并用混凝土加木质的结构建造了新的防波堤。剧组建造的防波堤既要结构稳固，又要能经受海浪的拍打。因为经常发现防波堤的一部分会在晚上被冲走，所以只能不断重新修建。最终因预算缘故，防波堤只修建了原先计划的一半，可即使是如此，剧组也花了十二个月准备这一景观。
沙滩上的场面涉及到几千人，诺兰主要的工作集中在演员的群戏上。为了学习如何用人体移动来讲述故事，诺兰回顾了默片时代的导演格里菲斯和塞西尔·B·戴米尔的电影以学习如何运用临时演员。最终他发现临时演员的最大价值在于从人群的动作中可以看到叙述的信息。为了做到还原历史，剧组招募了大量的年轻演员和群演。这也是很多年轻人的第一个大项目，许多演员在第一周就因爆炸不断感觉承受不了。电影中的远处群演不是数码合成，而是用人型的纸板。剧组用大型打印机打印并在纸上上色，在背面连上金属网，这样在海滩上就能这样的纸板就可以立起来。这些复杂的布景融入了环境中，展现当时被送进这场糟糕冲突的人们。
服装上，剧组也尽量做到想还原历史，但是也要贴近能让当代观众有所共鸣的风格。工作人员想让布料呈现真实的颜色，在光线下呈现原有的样貌。让大部分衣服显旧，每一件都浸湿，然后烧掉羊毛，再进行刷洗让其变旧。使用这种方式，从崭新的制服变成旧战服仅需一天。除此之外，剧组还取样布料进行扫描，在另一种面料上印染。在IMAX巨大的拍摄角度下，所有剧组人员都穿上了跳伞装以方便掩饰。作为剧组人员的伪装，助理导演可以在大型镜头里一同出镜，方便在镜头里快速进出。这种做旧的衣物在电影中格外显眼，观众被激发去观察旧服饰，并能从中感受到其历史感以及在二战中经历的磨难。
在以往的电影中，诺兰喜欢不带音乐做剪辑。然而在《敦刻尔克》中他不得不严密地整合音乐节奏和剪辑。他让配乐师汉斯季默录下表的声音，并在电影中试图讲述一个具有当下紧张感的故事，以期望整部影片能够积聚成为一种情绪上的反应。电影的配乐采用了一种音乐中特有的方式，通过一系列不断加强的套取相互作用。在配乐下，一条故事线正在达到高潮，然而另一条才刚刚开始。那样的话会试图让观众保持一种尽可能长的提升状态。汉斯使用了成功的节奏，配乐与剪辑同步进行，耗费数月。最终的配乐让人在观影过程中时刻保持紧绷状态，全程毫无减速感。
《敦刻尔克》在海陆空三方面的工作巨大，这让它像是三部电影合成的一部电影。尽管如此，诺兰并不想把《敦刻尔克》营造成一部战争电影，他认为英国战争电影总让人想到战争室里的将军，而对这种震撼性的事实，观众很难有一个完全全面的理解。为了达到表现手法的明晰化和史实的准确性，诺兰见了为数不多的几个幸存者。在最终的成片中《敦刻尔克》主要是从经历者的角度出发，交叉方式十分细致，对行动进行了客观处理而不施加感受。
就像在前作《星际穿越》中，诺兰受到多部电影的影响。在《敦刻尔克》中，诺兰也称自己受到了多部电影的启发：《西线无战事》《恐惧的代价》《异形》《生死时速》《危情时速》《贪婪》《日出》《雷恩的女儿》《阿尔及尔之战》《烈火战车》《海外特派员》。你会发现，在这些电影中只有两部算得上是战争片。也正是在这种影响下，他拍出了一部非典型的战争片。尽管德军从头到尾都在对海滩上的军队进行轰炸，但片中德军的痕迹寥寥。最终，诺兰使用悬疑片的方式来讲述这个故事，在《敦刻尔克》里来了一场希区柯克式的体验。
