Les sauropodes, vivants ou morts, semblent être des candidats probables comme proies. Des os de sauropodes avec des trous correspondant à des dents d'allosaure, et la présence de dents d'allosaure perdues avec des os de sauropodes ont été trouvés.
Il existe des preuves spectaculaires des attaques d'allosaures sur le stégosaure. Une vertèbre de la queue d'un allosaure a été trouvée avec une ponction partiellement guérie qui correspond à un pic de la queue d'un stégosaure. Il existe également une plaque de cou du stégosaure avec une blessure en forme de U qui correspond bien au museau d'un allosaure.
L'allosaurus n'était probablement pas un prédateur de sauropodes adultes, à moins qu'il ne chasse en meute. Il avait un crâne de taille modeste et des dents relativement petites, et était largement dépassé par les sauropodes adultes. Une autre possibilité est qu'il préférait chasser les juvéniles plutôt que les adultes adultes.
Les chercheurs ont fait d'autres suggestions. Robert T. Bakker a comparé les dents courtes aux dentelures d'une scie. Cette arête de coupe en forme de scie s'étend sur toute la longueur de la mâchoire supérieure et aurait pu être enfoncée dans une proie. Ce type de mâchoire permettrait d'attaquer des proies beaucoup plus grosses, dans le but d'affaiblir la victime.
Une autre étude a montré que le crâne était très solide mais que la force de morsure était relativement faible. Les auteurs ont suggéré que l'allosaure utilisait son crâne comme une hachette contre ses proies, en attaquant à bouche ouverte, en coupant la chair avec ses dents et en l'arrachant sans éclater les os.
Ils ont suggéré que différentes stratégies pourraient être utilisées contre différentes proies. Le crâne était assez léger pour permettre des attaques sur des ornithopodes plus petits et plus agiles, mais assez fort pour des attaques en embuscade à fort impact contre des proies plus grandes comme les stégosaure et les sauropodes.
Leurs idées ont été contestées par d'autres chercheurs, qui n'ont trouvé aucun exemple moderne d'attaque à la hache. Ils pensaient qu'il était plus probable que le crâne soit fort pour absorber le stress d'une proie en lutte.
Les auteurs originaux ont noté que l'Allosaurus lui-même n'a pas d'équivalent moderne, et que l'absence d'un "attaquant à la hache" moderne n'était donc pas significative. Ils pensaient que la rangée de dents était bien adaptée à une telle attaque, et que les articulations (joints) du crâne aidaient à réduire le stress.
Une autre possibilité pour manipuler de grandes proies est que les théropodes comme l'Allosaurus étaient des "brouteurs de chair" qui pouvaient prendre des bouchées de chair de sauropodes vivants, suffisantes pour soutenir le prédateur afin qu'il n'ait pas besoin de tuer la proie. Cette stratégie aurait pu permettre à la proie de se rétablir et de se nourrir à nouveau plus tard.
Une autre idée est que les ornithopodes, la proie la plus commune, pourraient être maîtrisés par des Allosaurus qui saisiraient la proie avec leurs membres antérieurs, puis feraient des morsures à la gorge pour écraser la trachée. Les membres antérieurs étaient forts et capables de retenir la proie, et l'articulation des griffes suggère qu'ils auraient pu être utilisés pour accrocher des objets.
La forme du crâne de l'Allosaurus limitait la vision binoculaire à 20° de largeur, soit un peu moins que celle des crocodiliens modernes. Comme pour les crocodiles, cela a pu suffire pour juger de la distance et de la durée des attaques des proies. La largeur similaire de leur champ de vision suggère que les allosaures, comme les crocodiles modernes, étaient des chasseurs d'embuscades.
Enfin, la vitesse de pointe de l'Allosaure a été estimée entre 30 et 55 kilomètres par heure (19 à 34 miles par heure).
