В «Белом солнце пустыни» особо полюбился зрителям молоденький красноармеец Петруха в исполнении 18-летнего Николая Годовикова. До этого он сыграл у Мотыля крохотный эпизод в «Жене, Женечке и Катюше».
«Все на съёмках относились ко мне тепло, можно сказать, лелеяли, — рассказывал артист. — Съёмки под Байрам-Али прошли для меня под знаком дизентерии. Когда снимали эпизод, в котором я прошу: „Гюльчатай, открой личико“, у меня была температура под сорок. А когда меня закалывал Абдулла, я был почти в бессознательном состоянии. После каждого дубля убегал за угол и сидел весь в поту. Пил только зелёный чай, есть ничего не мог. Если помните, Абдулла сначала отнимал у меня винтовку, а потом бил меня ребром ладони по шее. Естественно, бил не по-настоящему, чуть не доносил руку, а я должен был вылететь из кадра. И получалось, что я либо раньше вылетал, либо позже. В конце концов я попросил Кавсадзе: „Кахи Давыдович, бей меня по-настоящему, чтобы я контакт почувствовал“. У нас было дублей шесть, и после каждого дубля я просто кровью плевался: хотел он или нет, но поразбивал мне все. Вдобавок, когда штыком меня закалывал, он промахнулся мимо дощечки которую мне приделали на грудь пиротехники. Я как заорал, а Мотыль говорит: все отлично, сняли».
Приглашение Спартака Мишулина на роль Саида для многих выглядело неожиданным, но только не для Мотыля. Он давно был знаком с Мишулиным — ещё в 1950-е годы ставил в Омском театре пьесу «Клоп», где Спартак играл сразу несколько ролей.
В «Белом солнце пустыни» Мишулину пришлось идти на жертвы: он залезал в ящик, который потом закапывали так, что среди песка виднелась только голова актёра. Однажды рядом с Мишулиным проползла змея. В другой раз головой актёра заинтересовался верблюд. Обнюхав её, он плюнул и удалился прочь.
Съёмки «Белого солнца пустыни» проходили среди барханов в жуткую жару. Кузнецов отказывался от дублёра даже там, где речь шла о съёмке далёкого, общего плана. Ему приходилось с тяжёлой скаткой обходить несколько километров, чтобы, не оставив следы на песке, зайти к месту съёмки, затем ждать условного сигнала от оператора, ждущего определённых световых условий, затем идти в сторону камеры без всякой уверенности, что не понадобится ещё один дубль.
Письма к Катерине Матвеевне — самая многословная часть роли Сухова. Мастерство Кузнецова — его пластики, мимики, выразительных жестов — состояло в том, что и намерения его, и поступки выражались в словах очень скупо. От этого каждое слово, сказанное Суховым, становится на вес золота: недаром многие поклонники картины помнят все лаконичные и меткие его реплики наизусть.
Владимир Мотыль долго думал, кого пригласить на роль Катерины Матвеевны. Может быть, Чурсину? Или Хитяеву? Великолепные актрисы, и всё-таки слишком знакомые, популярные. Наконец в коридоре «Ленфильма» он случайно повстречал Галину Лучай, тележурналистку из редакции кинопрограмм Центрального телевидения. В Ленинграде её съёмочная группа делала очередной фильм по истории кино. Режиссёр сразу понял, что именно она должна сыграть Катерину Матвеевну.
Телевизионщица поначалу никак не соглашалась на съёмки в игровом кино: «Мало того, что я не имела никакого актёрского опыта, я и в деревне-то бывала редко. Мотыль же хотел создать из Катерины Матвеевны целый образ, проходящий через всю картину. Например, собирался снимать меня на Каспии, где шли основные съёмки. В сценарии был эпизод, который условно можно назвать „Стенька Разин“. Сухов плывёт на шхуне под парусом с моим изображением, развевающимся по ветру. Рядом с ним я, а вокруг нас весь его „гарем“. И я приказываю ему всех моих соперниц по одной выбрасывать в море. Обстоятельства изменились, от эпизода пришлось отказаться, на Каспий я не поехала».
Из Ленинграда Мотыль увёз её в дивную местность под Лугой. На фоне русских пейзажей Галину снимали всего два дня, но почти весь материал потом вошёл в картину.
После съёмок, как положено, предстояло озвучание. Первый вариант писем Сухова к Катерине Матвеевне не устроил режиссёра, и Марк Захаров написал второй.
…В начале 1969 года картина была готова. Но резюме чиновников оказалось убийственным: «В фильме борьба с басмачеством в Средней Азии потеряла свой исторический и политический смысл». Худсовет вновь набросился на режиссёра с претензиями относительно многих эпизодов. Было велено сделать 27 поправок, часть из которых Мотылю пришлось немедленно осуществить. В частности, он сократил эпизоды с пьянством Верещагина, вырезал икону богоматери со струйкой крови в сцене убийства хранителя музея, даже заново переоркестровал музыку Исаака Шварца (запись оркестра Ленинградского академического Малого театра оперы и балета под управлением Л. Корхина состоялась в начале сентября 1969 года). 18 сентября фильм лично смотрел генеральный директор «Мосфильма» Сурин и остался недоволен просмотром. С его подачи акт о приёмке картины в Госкино подписывать не стали.