他还和库布里克一道为彼得·塞勒斯安排了4个角色：军团的英国军官、愚蠢的美国总统、驾驶B52轰炸机的德克萨斯飞行员和总统身边阴险的德国安全顾问，后者便是片名中提到的“奇爱博士”梅克伍迪吉奇利比。不太好确定这个角色究竟是谁创造的，彼得·乔治的小说中没有这样一个人物。1962年5月，早在他与乔治一起草拟剧本时，库布拉克就称这部电影讲述的是“一个美国教授通过核专家身份在性与政治上掌握权势的故事”。在《保险失灵》里有一位出生在德国的安全专家沃尔特·格罗兹切尔博士，他是美国国防部总参谋长的核顾问，看来库布里克和绍森是以这个人物为基础缔造出了“奇爱博士”。
不少人认为“奇爱博士”的原型是亨利·基辛格。库布里克和绍森从基辛格就核攻击可能性所作的一次报告中截取了大段的台词，甚至让彼得·塞勒斯模仿了他的声音和肢体动作。1962年，基辛格的主要身份仍是哈佛大学的教授。他于1961年2月迈出了通向白宫的第一步，当时肯尼迪总统聘请他担任兼职安全顾问，直到1969年尼克松大选时，他才成为美国政坛的核心人物。
在《奇爱博士》布景设计的人选上，库布里克选择了半退休状态的德国人肯·‘亚当，他因为主持设计第一部007电影《诺博士》的布景而享有盛誉。库布里克尤其喜欢他为片中作为反派角色的科学家搭建的实验室，那种硬朗阴森的感觉不禁使他想起了塔夫特中学的礼堂，也与“二战”前德国未来主义的建筑风格有异曲同工之妙。
库布里克在康诺特饭店约见亚当，他谈起了彼得·乔治的小说，但没有给对方看剧本，他认为把剧本给太多的人看是一种不明智之举。不过，他以他的魅力和机智打动了亚当。整个过程中，他就像一个天真的孩子，对一切充满了好奇，每一个细节都能让他激情澎湃。
这次会面后，亚当开始了设计工作。他拿出的第一份成果是作战指挥室的设计蓝图，这是一个分为上下两层的房间，完全参考了北美防空司令部作战室的内部格局。第一眼看到它时，库布里克似乎很兴奋，但三个星期过后，当亚当已经吩咐美工部门按图纸搭建场景时，库布里克突然对亚当说：“肯，这个二层楼是不是个累赘？谁会爬到那上面去呢？难道要为它专门招一些群众演员吗？我认为你应该改变一下思路。”
幸好美工部门所在的办公地点外有一个漂亮的花园，亚当在花园里踱了大约一个小时才平息了胸中的怒火。他决定按照库布里克的要求进行改动，但从此他也知道库布里克对他以往成就的任何恭维都不过是一种外交辞令。
有关库布里克正在拍摄一部讽刺电影的消息很快就传到了美国政府部门那里，他们致电哥伦比亚公司，表达了某种忧虑。负责监管《奇爱博士》拍摄的公司主管莫·罗特曼连忙给库布里克打电话说：“华盛顿方面不希望在一部描写世界末日的电影里看到任何搞笑的成分，我们的看法也一样。”为了笼络罗特曼，库布里克安排纽约最好的一家体育用品商店给这位高尔夫球爱好者送去了一套高档球具。罗特曼拒绝接受这份礼物，并且指责这是一种“不法行为”。
美国空军拒绝向《奇爱博士》提供B52轰炸机，甚至连这种飞机的一张照片也不给。这样，库布里克收集的《飞行》杂志发挥了作用，因为那上面有各种新式武器的构造图，就连局部细节也面面俱到。拍摄期间，美军人员来现场探视，他们惊诧于亚当设计的飞机模型如此逼真，每一个零件如同在兵工厂里造出来的一样。然而，有一个问题令库布里克和亚当很为难。由于没有人亲眼见到过原子弹的模样，亚当只能凭借想象去设计这个庞然大物以及它的发射装备。这部电影上映后，美国军方从哥伦比亚公司要走一份拷贝作为参考资料，在他们看来，如果有朝一日核战争的灾难真的发生，该片或许能对他们如何作出应对措施有所帮助。
亚当率领的美工部门最终在谢普顿片厂的二号摄影棚里搭建起了作战指挥室的布景，它不仅是《奇爱博士》中最主要的场景，也是当代电影在美工设计方面的一个杰作。原先分为上下两层的设想已被一个拥有穹形顶棚的、占地120平方米的大厅所取代，大厅中央用桌子围成了一个直径7米的圆圈，需要150名演员才能将座位填满。四周的墙壁上贴满了10米高的作战图，所有的照明灯都安装在顶棚上面，灯光从演员的头顶照射下来，使整个作战指挥室看上去更像是一个超大的赌场。
“由于用了太多的灯，”亚当说，“摄影棚里的温度达到了40多度，地图刚贴上去不久就会脱落下来，我们不得不在后面放了10多台空调机。尽管如此，我不得不佩服斯坦利的预见，他很早就把他想要的东西装在了脑子里，他不想让这部电影看上去像任何一部007电影，他必须做到与众不同。
当他的演员们被烤得汗流浃背时，库布里克却在一处阴影里欣赏着他的杰作。他总是穿着一件黑色外套，有时还打着领带，嘴角永远叼着一支雪茄。这副装扮令人想起了他在《观看》杂志工作时的偶像阿瑟·弗里格。1948年，当《裸城》一书被朱尔斯·达辛改编成电影后，弗里格也成了名人，说服一家美国出版商资助他去法国旅行，打算为《裸城》创作姐妹篇《裸露的巴黎》。1960年3月，他从法国来到伦敦，与《每日镜报》签了一份周薪500美元的合同，专门拍摄皇室和名人的肖像。库布里克在报纸上看到了他拍摄的玛格丽特公主和麦克米兰首相以及索霍区的流浪汉和脱衣舞女的照片，回想起《独眼龙杰克》时雇用亨利·卡蒂埃一布雷松当剧照摄影师的主意，他最终说服弗里格以剧照摄影师的身份进入了《奇爱博士》剧组。
开拍一周之后，彼得·塞勒斯给库布里克打了一个电话，他无法接受一人扮演4个角色的安排，尤其演不了操着德克萨斯口音的。B52飞行员金刚。“我很抱歉地告诉你，”塞勒斯在电话里说，“演这么多角色实在令我为难。所以你听着，我决不，我决不能演那个德克萨斯飞行员。我绝对学不来那种口音。”
库布里克不打算让步，他以亚历克斯·吉尼斯在《仁慈与王冠》中同时饰演8个角色的例子说服塞勒斯，“为什么他行，而你塞勒斯却不行呢？”听到库布里克竟然拿他与他的偶像吉尼斯做比较，塞勒斯立刻软了下来。“我决定维持原来的设想，”他在此后的采访中说，“斯坦利给了我自信。你看，我的确做得不赖。”
特里·绍森出生在德克萨斯州的阿尔瓦拉多，他录下了金刚的台词，然后每天早晨让塞勒斯听录音。即使这样，塞勒斯仍然掌握不了这种口音，直到库布里克拍完了他驾驶轰炸机的一段戏之后，他还坚持要另换别人。不过，他的私人司机伯特·莫蒂梅尔则不认为口音问题是塞勒斯在这个角色上遇到的最大挑战，“他有恐高症，站在炸弹上的那场戏是在离地只有3米高的地方拍摄的，他几乎为此吓破了胆。”
相比之下，莫菲利总统的角色令塞勒斯应付自如。按照剧本要求，他要坐升降机进入作战指挥室，而且还患着感冒。塞勒斯使出了他全部的喜剧才能，将艾森豪威尔总统和曾经竞选过总统的阿德莱·史蒂文森模仿了个遍，整个一下午的拍摄中，他让所有在场的人笑破了肚皮。
为了奇爱博士这个角色，库布里克找来了形体专家爱德华·泰勒为塞勒斯设计了许多夸张的动作。他还接受鲁道夫·克莱因一罗格的建议，为塞勒斯找来了一副戴着黑手套的假肢。这副假肢有着自己的思想，不仅能行纳粹礼，还会掐住主人的脖子，它帮助塞勒斯完成了一场最精彩的即兴演出。在这个角色说话的口音和语气上，库布里克借鉴了弗利格油滑的纽约腔，并吸纳了德国舞台剧演员念台词的方式。
库布里克对其他演员的要求也一律从严。扮演苏联大使德萨德斯基的彼得·布尔被要求每天去听苏联的对外广播，他必须学会俄语，还要能讲口音厚重的英语。他抱怨库布里克令他对自己的表演才能产生了极度的怀疑，“我以往演过的角色都是很自然、很平实的，而斯坦利却要我在这部电影里越夸张越好，到最后我已经对我的表演失去了判断，完全被他牵着鼻子走。”
乔治·斯科特也有同样的抱怨。从他演出的大量镜头中，库布里克只挑出最能表现他躁狂性格的一两个，而那些极富激情的片段则被剪去了。于是从样片中看，斯科特就像是一个说着无意义的话的傻子，总是嚼着口香糖，围着桌子转来转去。
为了让斯科特服从安排，库布里克选择用下棋的办法来对付他。斯科特也是一个棋迷，但他的水平显然不如库布里克。通过在棋盘上的较量，库布里克成功地向斯科特传达了这样一个信息：强者赢得一切，输家只能听从摆布。
不过，几乎没有人同意库布里克和绍森最终安排金刚骑着炸弹奔向目标。这个决定也让肯·亚当伤透了脑筋。“我设计的B52轰炸机是一个巨大的模型，”他说，“但在设计时并没有一个可以投放炸弹的出口，至少没有一个可以开启的门。而这时要做改动已经不可能了，它意味着要再花上一、两个月的时间。”
幸好，负责特技的沃利·维弗斯是个解决难题的老手，他用了一晚上的时间想出了一个办法。首先，他们拍下了一张弹舱的照片，将它放大成10米高、8米宽的背景板，在背景板上抠出一个投弹门。金刚进入弹舱和爬上炸弹的镜头是在B52的布景里拍摄的，紧接着的镜头是他已经骑着炸弹离开了飞机，后面是那块背景板。库布里克被这个小小的把戏看呆了，从此他迷上了特技。
塞勒斯担心演不了金刚的顾虑被一起意外事故打消了。他有了一辆从美国运来的别克轿车，由于驾驶座在左边，所以经常在伦敦狭窄的街道上闯祸。在经过西区的潘顿街时，这辆轿车冲上了人行道，导致塞勒斯小腿骨折。几小时后，当他出现在片场时，他的腿上已经绑上了厚厚的石膏。这起意外迫使库布里克只好另找他人，他对这位演员的要求是：表演是第二位的，他必须是一名真正的德克萨斯牛仔。
绍森推荐了在电视剧《博南扎》中饰演牛仔的丹·布洛克，但他的经纪人看了剧本后以角色太小为理由拒绝了。这时，库布里克想起了曾参加《独眼龙杰克》中隆恩·德里克一角试镜的斯利姆·皮克肯斯，尽管他最终只当上了替身，但他懒懒散散、蛮横无理的牛仔作风还是给库布里克和马龙·白兰度留下了很深的印象。
皮克肯斯在他的养马场里接到库布里克的电话，由于他从未离开过美国，所以不得不临时申办护照飞到伦敦。第二天一早，他赶到片场，服装师二话没说就给他戴上牛仔帽、穿上了牛仔靴和牛仔裤，幸好他对这样的装扮再熟悉不过。