К концу ноября 1734 года подготовительные работы были окончены и приступлено было к растопке меди. 26 ноября в 4 часа, после молебна, затоплены были печи. К ночи медь стала растапливаться, топилась до утра, и затем в печи были добавлены олово и медь. Все шло хорошо, но вдруг в ночь на 29-е число, в 11 часов, у двух печей медь ушла под поды. Маторин с товарищами решили добавить меди. С разрешения графа Салтыкова, тогдашнего главнокомандующего Москвы, начали бросать в печи старые колокола, олово, полушки, но медь в конце концов прорвалась и в остальных печах. Маторин отводил медь в запасные ямы, выкапывал новые, но отлитие колокола не удалось. В довершение всего загорелась еще деревянная машина над формой, и пожар чуть было не принял больших размеров, О несчастном событии донесли императрице, которую неудача весьма опечалила. Но Маторин снова принялся за работу. Однако он вскоре умер, поручив дело своему сыну Михаиле, который и раньше был его деятельным помощником. В это же время наблюдение за литьем колокола было поручено князю Ивану Барятинскому. В ноябре 1735 года все было опять готово к литью колокола, и 23 ноября назначено было растопить печи. На этот раз были приняты особенные меры предосторожности: из полиции было вытребовано 400 человек команды с пожарными трубами. По окончании литургии в Успенском соборе коломенский архиепископ Вениамин обошел крестным ходом все постройки и печи, устроенные для литья колокола, и, отслужив молебен, сам затопил первую печь, 25 ноября 1735 года литье Царь-колокола совершилось благополучно, о чем и засвидетельствовано в архивном деле по этому поводу. На самом же колоколе была сделана лишь краткая надпись: «Лил сей колокол российский мастер Иван Федоров сын Маторин с сыном своим Михаилом Маториным».
В надписи на Царь-колоколе значится, что он вылит в 1733 году, но это произошло оттого, что форма для колокола была сделана в этом году.
Литье Царь-колокола стоило, кроме материала, 62 тысячи рублей, и колокол далеко превзошел величиной и весом все существовавшие колокола в мире. Вес его 12 327 пудов и 19 фунтов, вышина 19 футов 3 дюйма, окружность 60 футов и 9 дюймов, толщина стен 2 фута.
Царь-колокол после своего отлития до весны 1737 года находился в родной своей яме, покоясь на железной решетке, утвержденной на двенадцати дубовых сваях, вбитых в землю. Над ямой находился деревянный сарай для прикрытия колокола. Весной упомянутого года, 29 мая, в Москве сделался страшный пожар, известный под названием Троицкого. Распространяясь со страшной быстротой, пожар охватил и кремлевские здания. Загорелась, разумеется, и деревянная постройка над ямой, в которой стоял Царь-колокол: в яму начали падать горящие бревна. Сбежавшийся народ, чтобы спасти колокол, за который боялись, что он расплавится, стал изо всех сил заливать водой раскаленный металл. Огонь потушили, но испортили колокол: один его край не выдержал резкого перехода от раскаленности к охлаждению и откололся. Это увидели, когда стали расчищать яму.
С того времени до 23 июля 1836 года колокол находился в земле, и о нем сложились целые легенды. Заговорили, что Царь-колокол состоит не только из меди и олова, но также частью из золота и серебра, которое во время литья колокола богатые люди из набожности бросали в расплавленный металл. Действительно, по сообщению «Горного журнала» в 1833 году, в Царь-колоколе есть небольшое количество серебра, но оно составило случайную примесь к меди в самих рудах, из которых выплавлялась медь.