Успех фильма во многом определялся выбором актёра на главную роль. Искать типаж постановщики не хотели: «Пусть актёр будет не похож на Чапаева в жизни, не страшно. Но страшно, если мы не поднимем этого образа до той степени убедительности, когда зритель безоговорочно поверит ему. Если удастся заставить зрителя поверить в Чапаева, наше дело выиграно».
Стремясь раскрыть своего героя психологическими средствами, постановщики прежде всего обратились мыслями к актёру мхатовской школы Николаю Баталову. Но он, перегруженный работой в театре, ответил отказом. Возникало ещё несколько кандидатов.
Наконец режиссёры остановили свой выбор на Борисе Бабочкине. Георгий Васильев знал его по студии «Молодые мастера». Бабочкин привлёк внимание режиссёра недюжинным темпераментом, яркой эмоциональностью, щедростью красок актёрской палитры. Несмотря на молодость, за плечами Бабочкина было более десяти лет работы в областных, московских и ленинградских театрах.
Братья Васильевы решили с ним познакомиться поближе. Повод нашёлся легко — читка сценария, который тогда назывался «Чапай». Об этом историческом для фильма событии Сергей Дмитриевич рассказывал: «Первую читку сценария „Чапаев“ мы устроили на квартире И.Н. Певцова (нам хотелось предложить ему роль полковника Бороздина), читали мы сценарий поочерёдно, причём один из нас даже напевал соответствующие по ходу действия народные песни, намеченные нами ещё в литературном сценарии».
На Певцова и Бабочкина сценарий произвёл потрясающее впечатление. Певцов сказал: «Ну что ж… Может быть, в нашем искусстве начинается новый этап…» А потом добавил: «А роль Чапаева выписана так глубоко и выразительно, что иной актёр может всю жизнь ждать для себя такой роли, да так и не дождавшись, умереть».
Васильевы утверждали, что сразу определили Бабочкина на роль Чапаева, вот только сомневались, заинтересует ли она его. Решив проверить актёра, братья сказали Бабочкину, что он будет играть Петьку.
От Певцова вышли на заснеженную улицу втроём: Васильевы и Бабочкин. Говорили о Чапаеве, о чапаевцах, о том, какое замечательное было время, и вдруг Бабочкин встрепенулся: «А знаете, как он носил папаху? Вот так, вероятно… Именно так!» И тут же показал, как Чапаев, и только Чапаев, мог носить папаху. Через несколько шагов Бабочкин опять остановился: «А знаете, как он здоровался с бойцами?..»
Позже выяснилось, что Бабочкин вырос в тех же местах, где потом гремела слава Чапаева. Комсомольская юность привела Бориса на непродолжительное время в Политотдел 4-й армии Восточного фронта, куда входила 25-я Чапаевская дивизия. Правда, с самим комдивом он знаком не был.
«Столь яркое видение образа героя пленило и взволновало нас настолько, что мы тут же окончательно решили поручить эту роль Б.А. Бабочкину», — замечает Дмитрий Васильев.
Манёвр был проведён режиссёрами столь искусно, что Бабочкин до конца своей жизни продолжал верить, что поначалу ему была уготована роль Петьки. В своей книге, опубликованной в шестидесятых годах, актёр писал: «Я пел те же песни, которые пел Чапаев, я знал тот простой и колоритный язык, на котором тогда говорили, я умел сам носить папаху так, чтоб она неизвестно на чём держалась. Одним словом, мне не нужна была творческая командировка, перед тем как начать работать над ролью. И вопрос о том, что я, намеченный вначале на роль Петьки, буду играть Чапаева, был решён в первые же дни. Мне случалось читать совершенно фантастические версии по поводу того, каким образом досталась мне роль Чапаева. Совсем недавно критик Р. Юренев в своей в общем-то очень хорошей статье „Фильм века“ („Известия“, 126, 1963) с полной убеждённостью, но не понятно, по каким причинам, рассказал, что роль эта была мне предложена только потому, что сначала Хмелёва, а потом Ванина не отпустили на съёмку из театра. Это неверно. Я действительно подал Васильевым мысль подумать о Хмелёве, но их эта мысль почему-то не заинтересовала, а о Ванине вообще никакого разговора никогда не было».