На роль Брусенцова режиссёр решил позвать Владимира Высоцкого, который тогда снимался в «Интервенции». Утверждение актёра у высокого руководства всегда шло через сопротивление и этот раз не стал исключением. Евгению Карелову пришлось чуть ли не каждый день ходить на «Мосфильм», чтобы отстоять Высоцкого перед каждым начальником в отдельности. В результате он просто привёз на киностудию авторитетного мэтра советской режиссуры Михаила Ромма. Ромм перед всеми сказал, что Высоцкий идеально подходит для этой роли, и руководству ничего не оставалось делать…
Это утверждение сказалось на результате — Бруснецова сильно порезали на монтаже, так как белый офицер не должен был перетягивать на себя внимание. Высоцкий с грустью говорил, что в фильме осталась только треть, и он надеется, что по этим крохам можно судить о том, каким благородным и интересным был его герой.
Натурные съёмки проходили недалеко от Одессы, в Крыму и в городе Измаил. Актёры вспоминали, что обстановка была прекрасной не только на съёмочной площадке, но и за её пределами… Владимир Высоцкий приносил с рынка горы фруктов и литры вина от поклонников, Фрид и Дунский вспоминали случаи из лагерной жизни, Николай Крючков рассказывал анекдоты, а Анатолий Папанов делился секретами новой диеты, по которой ему было положено после еды полчаса замирать в одной позе. А Олег Янковский отчаянно репетировал песню про «служили два товарища, ага…». Актёр был начисто лишён слуха, а ему предстояло петь в дуэте с Роланом Быковым. В результате Быков всё-таки пел один. Кстати, песня «Служили два товарища» — перевод фронтовой немецкой песни «Хороший товарищ», которая была популярна во время Первой мировой войны.