На роль царя Николая претендовали К. Лавров, мхатовские актёры Ю. Пузырев, Н. Засухин. Климов рассудил следующим образом: «Лавров популярен и любим зрителем. Кроме того, он чересчур бытовой. У Ромашина плывущие, зыбкие глаза, как должно быть в картине». Так роль досталась Ромашину, и, надо сказать, сыграл он её блистательно.
В конце августа 1973 года съёмочная группа выехала в киноэкспедицию в Сибирь, снимать «Покровское», родное село Распутина.
Буквально с первых же дней съёмок захандрил Петренко: то живот прихватило, то голова кружилась, то зуб болел. Дело дошло до того, что однажды у Климова не выдержали нервы, и, когда в очередной раз актёр стал жаловаться на зубную боль, режиссёр сам вырвал у него больной зуб. А потом с Петренко случился сердечный приступ: он упал на съёмочной площадке, и у него изо рта пошли пузыри. Артист пришёл в себя, но сниматься категорически отказался. Экспедицию пришлось сворачивать.
24 августа киношники покинули Тюмень и передислоцировались в Ленинград, где должны были сниматься основные натурные эпизоды фильма. Там группа пробыла почти два месяца — до 12 октября, после чего благополучно вернулась в Москву, чтобы заняться павильонными съёмками. Они оказались не менее сложными, чем съёмка натурных объектов. И здесь порой тоже напряжение достигало такой точки, что некоторым актёрам становилось плохо. Например, так было с актрисой Нелли Пашенной. Она играла баронессу Н. Пытаясь спасти арестованного мужа, она отправляется к Распутину. В кадре актрисе предстояло обнажить грудь. Для Пашенной это было поступком. Когда сцена была снята, она потеряла сознание.
В январе группа отправилась в очередную экспедицию в Ленинград, чтобы в течение двух с половиной месяцев снять там натурные эпизоды, относящиеся ко 2-й серии. Однако снять намеченное в полном объёме не удалось, поскольку 18 марта внезапно слёг на больничную койку Алексей Петренко.
Петренко вышел на съёмочную площадку в начале апреля. Тогда в 6-м мосфильмовском павильоне снимали объекты «кабинет Распутина» и «дворец Юсупова» (в последней происходило убийство великого старца заговорщиками). Однако сил Петренко не хватило даже на пару недель. В ночь на 12 апреля ему снова стало плохо — его сразил сердечный приступ. И съёмки снова встали. Они возобновятся только в мае и продлятся до июля.
В двух экспедициях успели снять довольно много, и, сложив вчерне этот материал, Климов решил показать его самому суровому судье — своей супруге Ларисе Шепитько. Увидев на экране подлинные интерьеры, настоящие костюмы, впечатляющую фактуру, актёров, которые не фальшивят даже в «сверхсостояниях», она горячо сказала: «Ребята, всё идёт нормально! Наращивайте! И не сворачивайте!»
10 октября 1974 года Климову передали из Госкино перечень поправок для обязательного исполнения. Режиссёр сопротивлялся но не все удавалось отстоять. Например, требование убрать цесаревича исходило от самого Ермаша: «Ты в своём уме? Как мы можем этого мальчика, которого на Западе возвели в ранг святого мученика, показывать? Это же значит — под дых бить. Тогда надо все объяснять, всю историю объяснять: а за что их вообще казнили… а так, мимоходом, нет, не пойдёт!..»
Но больше всего, конечно, страшил начальство момент возможных аллюзий. В картине был эпизод в котором Вырубова по поводу царского премьера Горемыкина тяжко вздыхала: «О Боже, Боже! В таком возрасте и править такой страной!» Ермаш, уловив намёк на кремлёвских старцев, сразу сказал Климову: «Умоляю тебя! Умоляю! Вырежи это немедленно, чтобы даже за пределы монтажной не вышло!»
Фильм «Агония» был закончен в чистовой редакции в 1975 году. Но на экран картину ещё долго не выпускали. Ходили слухи, что кто-то из высшего партийного руководства её посмотрел и остался недоволен.
Однажды к Элему Климову подошёл Андрей Тарковский и попросил показать фильм. Зал дали только на восемь утра, но Андрей пришёл. После просмотра он сразу же сказал: «Ты погиб, Элем». — «Почему?» — «Ты погиб, потому что „Агония“ отошла от стереотипов советского исторического фильма. Тебе этого не простят…»
Пророчество Тарковского сбылось. В течение трех лет картина лежала без движения. Была полная неопределённость.
В 1978 году фильм вернули Климову на доработку. Позволили что-то доснять, перемонтировать. Воспользовавшись случаем, режиссёр кое-что улучшил. А кроме того, ввёл цитату Ленина, снял своего друга Юрия Карякина и Ларису Шепитько в эпизоде. Только-только он успел все это закончить, как появилась книга о Распутине «У последней черты» Валентина Пикуля и разразился грандиозный скандал. «Агонию» решили на экран не выпускать.
Пять лет Климову ничего не давали снимать. Только после трагической гибели в автокатастрофе Ларисы Шепитько ему позволили завершить начатую женой картину «Прощание с Матёрой».
Наконец появился свет о конце туннеля. Климову было предложено сделать два варианта «Агонии». Один — полный, для заграницы. Другой (усечённый на час) — для советского зрителя. Режиссёр согласился только на полный вариант.