Съёмочную группу Васильевы сформировали из людей одарённых, опытных, близких им по взглядам и стремлениям. С некоторыми из них Васильевы сошлись ещё на постановке «Спящей красавицы» (сорежиссёр Ю. Музыкант, художник И. Махлис). С другими — оператором А. Сигаевым, композитором Р. Поповым, звукооператором А. Беккером — они сдружились настолько, что привлекали их к работе над своими последующими картинами.

В подготовительный период постановщики братья Васильевы вместе с художником выезжали на места событий — в Уральск, Лбищенск, Заволжье. Сделанные там зарисовки были нужны для работы над эскизами художественного оформления картины.

В производственном отношении экспедиция сложилась чрезвычайно тяжело из-за непогоды. Беспрерывно лили дожди. Неделями не было солнца. Из двадцати восьми намеченных объектов удалось отснять только несколько мелких эпизодов и «дождливую» сцену отъезда Фурманова. Все натурные съёмки пришлось отложить до следующего лета. Зимой сняли все павильонные сцены. Они позволили авторам по-новому ощутить подлинный масштаб их героя. Прежде всего это коснулось «запева» фильма. Ещё на сценарном этапе авторы отказались от двух вариантов начала (проводы добровольцев на вокзале, сцена в теплушке, в которой отряд иваново-вознесенских ткачей едет к Чапаеву). В режиссёрском сценарии был разработан третий вариант — довольно прозаическая встреча Чапаева с Фурмановым в избе. Но после того, что уже было создано Бабочкиным, образ Чапаева потребовал иной экспозиции. Авторы во время второй летней экспедиции придумали новые решения, позволившие герою предстать в родной для него стихии боя, ворваться в фильм как бы прямо из легенд и народных песен. И тогда в режиссёрском сценарии решительно была зачёркнута сцена встречи героев в избе. В корзину полетели рулоны отснятой плёнки — взамен возникли новые сцены (появление Чапаева на тройке, лихая атака на хутор, смотр после боя, приход отряда иваново-вознесенских ткачей — добровольцев, встреча с Фурмановым на мосту, «купание» чапаевцев, знакомство Петьки с Анкой). Фильм обрёл своё настоящее начало.

Васильевы пересняли ряд эпизодов, поставленных во время первой летней экспедиции, пошли на замену нескольких исполнителей. Актёр, игравший роль Верзилы, выглядел симпатичным увальнем. Васильевы поручили эту роль К. Назаренко, создавшему острый, во многом сатирический образ.

Был заменён исполнитель роли Петьки. Васильевы пригласили Леонида Кмита, артиста огромного природного обаяния, а это очень обогатило фильм.

Добиться слитности актёрского ансамбля было непросто: уж очень разные актёрские индивидуальности Васильевы собрали «под одном крышей». Судите сами.

Заслуженный артист республики, корифей академических театров Илларион Певцов (полковник Бороздин) и талантливый самородок, печник из города Ромны Степан Шкурат (казак Потапов), пришедший в кино из художественной самодеятельности. Видные театральные актёры — Николай Симонов, Борис Чирков, заслуженный артист республики Н. Ростовцев — и артисты кино, уже обладавшие большим опытом, — В. Мясникова, Л. Кмит, К. Назаренко, воспитанник фэксовской мастерской Э. Галь. И, наконец, артисты ТЮЗа Б. Блинов, В. Волков, циркач и студент театрального училища Г. Жжёнов, ещё не имевшие опыта в кино.

Для миллионов зрителей облик Чапаева настолько прочно отождествился с образом, созданным Бабочкиным, они настолько глубоко прониклись верой в его творение, что другим себе Василия Ивановича Чапаева никто не представляет.

«…Мы пришли к познанию действительной, реальной правды этого человека, — отмечали братья Васильевы. — Оттолкнувшись от фотографирования, отказавшись от биографичности, мы ходом всего художественного процесса пришли к тому, что в наиболее полном объёме удалось воссоздать действительный облик Чапаева. Его сын и дочь, смотревшие картину, признают его за отца — в этом вся соль. Сначала сын Чапаева как бы обиделся, сказав нам: „Отец был щёголем и красивым, а Бабочкин не щёголь и не красив“. Но когда он посмотрел всю картину, он сказал: „Да, это мой отец“. В этом весь интерес и вся сложность построения образа в кино, и в этом отношении мы, как нам кажется, нащупали правильный подход».

Никто не дёргал Васильевых, не требовал показать отснятый материал. Они работали увлечённо, забывая обо всём вокруг. Если спорили, то только с Бабочкиным.

Образы основных героев, взятых из книги, сценаристы переосмыслили и изменили довольно радикально. По существу, они написаны Васильевыми заново.

В фильме образ комиссара дан не таким, каким был в книге автобиографический образ Федора Клычкова, а скорее таким, каким сам Фурманов стал уже в конце Гражданской войны, пройдя школу нескольких фронтов. Роль комиссара исполнил Б. Блинов.

Дмитрий Фурманов лишь вскользь упоминает о «чумазом галчонке», расторопном и вездесущем Петьке Исаеве. Приводит его рассказ о том, как он бежал от белых из плена, описывает героическую гибель ординарца. Отталкиваясь от этих скупых строк, взяв в них главное — преданность юноши революционному делу и своему командиру, — Васильевы заново написали роль ординарца, насыщенную диалогами поступками, активным действием. Без Петьки — весёлого и обаятельного чапаевского ординарца — трудно себе представить фильм.

На роль Анки-пулемётчицы режиссёры Васильевы без проб пригласили Варвару Мясникову (сыграла в их картинах «Спящая красавица», «Личное дело»). В книге Фурманова Анки не было, а в фильме она вышла на первый план. Васильевы вспомнили случай, когда санитара Чапаевской дивизии Мария Попова в бою подползла к раненому старику-пулемётчику, хотела тащить его до лазарета, а он ей приказал стрелять из пулемёта, а сам здоровой рукой ей помогал.

Анкой в фильме её назвали в честь жены Фурманова Анны Никитичны. На самом деле никаких близких отношений у Марии с Петром Исаевым не было. Настоящий Петька повсюду возил с собой жену с детьми и вообще слыл отличным семьянином.

Но вернёмся на съёмочную площадку. Многие сцены были сняты в одну смену, сразу, без остановок и поправок. Бабочкин рассказывал:

«Часто нам помогали драгоценные находки. Так, случайно была найдена сцена с картошкой. Мы сидели в избе в селе Марьино Городище, она превратилась в штаб времён гражданской войны. На столе гранаты, пулемётные ленты, у стен оставлены винтовки.

Хозяйка принесла угощение — чугун вареной картошки. Картошка рассыпалась по столу, и одна — уродливая, с наростом — выкатилась вперёд. Это совпало с репликой: идёт отряд походным порядком. Впереди командир на лихом коне (мы как раз обсуждали эту сцену). Хозяйка поставила на стол солёные огурцы. Это совпало со словами: показался противник. Все расхохотались и запомнили эти совпадения, а потом в Ленинграде быстро и весело сняли эту сцену, изменив первоначальную намётку сценария, по которой Чапаев должен был рисовать палочкой на земле».

Центральное событие фильма — бой с каппелевцами. Сцена отражения психической атаки вошла в историю мирового кино как один из высочайших, классических образцов монтажного искусства.

Сергей Васильев замечал: «Что касается отделки, раскадровки, для нас было совершенно ясно, что весь ключ, с одной стороны, — в массовой психической атаке, а с другой стороны — в людях. Это наши люди. Отсюда ясно: ни одного крупного плана белых и только на крупных планах показ красных. В людях здесь дело. Здесь столкновение двух воль, и важно разрешение на людях наших, и не на белых».

Васильевы снимали бой с каппелевцами поэпизодно, длинными кусками с запасом. И когда при рабочих просмотрах на экране шли бесконечные проходы марширующих каппелевцев, разрозненные планы чапаевской цепи, и все это — в немом виде, эти куски казались безнадёжно скучными, однообразными, серыми. О таком впечатлении вспоминали многие ленфильмовцы. И все буквально ахнули, когда увидели сцену в смонтированном виде.

Гибель Чапаева снимали на Волге (в действительности комдив погиб в сражении). По сценарию Чапаев погибал в бурной реке, но потом решили не создавать ощущения, что Чапаева губит стихия. Съёмки этой сцены оказались драматичными и для исполнителя роли. Дублей делали много, и Бабочкин согревался водкой (снимали весной, вода в Волге ледяная). Простуда актёра миновала, но от вынужденных возлияний у него открылась страшная язва, которая мучила его до конца жизни…