Калатозову название сразу понравилось, но на студии его вначале не утвердили. Фильм запускали в производство под названием «За твою жизнь».
На роль Вероники была приглашена известная в то время актриса Елена Добронравова. На всякий случай решили попробовать и третьекурсницу театрального училища Татьяну Самойлову, дочь известного артиста. Ассистент режиссера Б. Фридман заприметил ее в учебном спектакле. До этого Самойлова сыграла лишь небольшую роль в «Мексиканце» (1955).
На пробах снимались две сцены: в первой — Вероника узнает, что Борис уходит на фронт, во второй — ей сообщают о смерти Бориса. Калатозов хотел видеть движение образа: от беззаботной, эгоистичной девочки к страдающей женщине.
По словам Виктора Розова, пробы Самойловой ему не понравились. Потому что в подсознании он видел ту девушку, в которую был сильно влюблен и с которой, собственно, и писал образ Вероники, а они внешне были абсолютно не похожи. Позже Виктор Сергеевич, увидев Самойлову на съемках, очень быстро к ней привык. А сцена проводов Бориса на фронт так потрясла драматурга, что он от восторга захлопал в ладоши… А прототипом героини была актриса Надежда Варфоломеевна Козлова, с которой Розов прожил в законном браке без малого шестьдесят лет…
Встреча с режиссером Калатозовым и с оператором Урусевским оказалась счастливой для Татьяны Самойловой. Нужен был темперамент Калатозова и глаз Урусевского, чтобы открыть заложенные в ней возможности.
Из известных артистов в фильме снялся только Василий Меркурьев. Он сыграл обаятельного отца Бориса. Этот сильный и яркий образ создан прекрасными, но традиционными актерскими средствами. Оператору, собственно, здесь оставалась скромная задача: поточнее зафиксировать и без потерь донести до зрителя всю интересную работу исполнителя, ничего или почти ничего не добавив от себя.
На роль Бориса Бороздина пригласили Алексея Баталова. Молодой артист поначалу колебался: «Имею ли я право принять на себя это предложение? Ведь Борис — парень цельный, глубокий, чистосердечный не только в его первой большой любви к Веронике. Он беспредельно любит свою Родину и отдает за нее жизнь. Справлюсь ли я с такой исключительно ответственной ролью, с «техническими трудностями»? Сумею ли во всех нюансах передать интимные чувства героя, его мысли о жизни, порой неосознанные и противоречивые?».
Баталов должен был всего в нескольких сценах не только показать свойство натуры Бориса Бороздина, но и ту внутреннюю человеческую несгибаемость, когда судьба страны становится личной судьбой.
Алексей Баталов оказался прекрасным партнером. А ведь Самойлова очень нервничала: как же, на одной съемочной площадке с таким артистом! Татьяна ждала первой репетиции, но Баталов не пришел. Он пропустил вторую и третью: болел, лежал в санатории, лечил туберкулез сетчатки глаза. Так что все сцены общения героини с Борисом разучивались с другим актером.
Самойлова абсолютно себя не жалела на съемках. С ума можно было сойти от бесконечного числа проходов и пробежек, а сколько крутили ее у берез — ну просто часами и днями!.. Но самое потрясающее, что каждый повтор был мощнее предыдущего. А порывность и легкость дыхания этой картины сложилась из тяжелейших физических нагрузок. Она даже теряла сознание в той сцене, где в дыму должна была идти по лестнице в разбитый бомбой дом. После этого приостановили съемки. Каждые три часа Татьяне делали уколы — у нее было воспаление легких. А после фильма у Самойловой еще и сердце разболелось. Пришел врач, послушал и сказал: «Таня, у вас микроинфаркт».
Самоотверженно играл и Алексей Баталов. Во время съемок, когда по сценарию его герой выяснял отношения с солдатиком, артист неожиданно наткнулся на сук дерева и сильно поранил себе лицо. Пришлось вызывать «скорую». Баталов долго лежал в больнице…
Некоторые сцены фильма были сразу отнесены к шедеврам кинематографического искусства. Например, сцена проводов Бориса на фронт.
Вероника опаздывает. Она бежит по встревоженным, взбудораженным улицам. И вдруг грозные танки перерезают ей дорогу. А когда она, наконец, прибегает, строй призывников уже марширует к вокзалу, и массивная железная решетка отделяет ее от этого строя. Что-то она кричит, но Борис не слышит…
Фронтовые сцены фильма кратки и скромны. В картине мы видим Бориса, пробивающегося сквозь болото из окружения. Но и в этой ситуации он показан через отношение к Веронике: ударом валит он в грязь своего напарника, который нехорошо отозвался о ней. Через несколько минут они пойдут вместе в разведку, Борис будет тащить раненого солдата на себе, пока его самого не сразит пуля снайпера. Эта сцена решена с незабываемой силой. Падает смертельно раненный Борис, и высокие кроны берез кружатся над ним, словно улетая в небо. И так же кружится последнее предсмертное видение — лестница в доме Вероники и она, любимая, в белом венчальном платье…