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.