Годар предложил главную роль Жан-Полю Бельмондо, снимавшемуся у него в короткометражке «Шарлотта и её хахаль». Бельмондо только что вернулся из Алжира, где проходил военную службу (он попал там в аварию и был демобилизован). Годар рассказал актёру, какая у него будет потрясающая роль: «У меня есть идея. Тип, который ворует машину в Марселе. Он приезжает в Париж… а дальше посмотрим. Одно из двух — или он женится на своей возлюбленной, или погибнет…» И Бельмондо подписывает контракт.
Американка Джин Сиберг, уже известная по экранизации романа Франсуазы Саган «Здравствуй, грусть», согласилась сыграть роль Патриции.
Актрисе Лилиан Давид досталась роль подружки Патриции, у которой Мишель крадёт деньги.
Остальные актёры были либо непрофессионалами (как Д. Буланже, будущий сценарист многих картин с участием Бельмондо), либо малоизвестными (Р. Анен, Ж.-П. Мариель).
Годар часто повторял, что «На последнем дыхании» — фильм, где всё позволено. «Это было заложено в самой его природе. Что бы люди ни делали, всё могло войти в фильм. Я исходил из этого. Я говорил сам себе: уже был Брессон, только что появилась „Хиросима“, определённого рода кино завершается, может быть, оно закончилось навсегда, поставим финальную точку, покажем, что позволено всё. Я хотел оттолкнуться от условной истории и переделать, переиначить всё существующее кино. Я хотел также создать впечатление, что киноприёмы только что открыты или в первый раз прочувствованы».
Жан-Люк Годар сочинил первую сцену (Джин Сиберг на Елисейских Полях), а для остального у него была готова уйма заметок по каждой сцене. Сценарий писался по ходу съёмок, но Годар отлично знал, что хочет сделать. Ему, например, не нравился финал. «Окончательно меня замучил конец. Умрёт ли герой? Сначала я подумывал сделать противоположное, скажем, „Убийству“ С. Кубрика. Гангстер побеждал и уезжал в Италию с деньгами. Но это была бы слишком условная антиусловность… В конце концов я сказал себе, что если я признался в намерении сделать нормальный гангстерский фильм, я не должен постоянно противоречить жанру. Парень должен умереть. Если Атриды больше не истребляют друг друга, это не Атриды».
Соответственно менялся сюжет фильма.
Теперь мелкий жулик Мишель Пуакар похищает машину в Марселе, чтобы добраться до Парижа, забрать там положенные ему деньги. Убив преследующего его мотоциклиста-полицейского, он бросает машину и на поезде приезжает в Париж. Здесь Мишель сближается с американкой Патрицией Франкини, мечтающей о карьере журналистки. Ради заработка она продаёт газету — парижское издание «Нью-Йорк геральд трибюн». Мишель разгуливает по Елисейским Полям, то и дело ускользая от полиции. Он пытается уговорить Патрицию бежать с ним из Парижа в Италию. Но практичная американка не склонна к авантюрам. И когда полицейский комиссар пригрозит ей лишением визы, она без колебаний выдаст любовника. Мишель может успеть скрыться, но вместо этого, полный отвращения к женщине, к себе, к жизни, — подставляет свою спину под пулю полицейского.
Для актёров работа в этой картине была необычной. Большинство из них привыкло сниматься в совершенно другой манере: выучи реплики, отрепетируй движения, не пересекай меловых отметок на полу. И вдруг оказалось, что в кино возможна абсолютная, тотальная свобода. Как описывал потом Жан-Поль Бельмондо: «…Я не знал, как себя вести, не понимал намерений Годара. Тот один знал, чего хочет. Фильм снимался без синхронной записи звука, поэтому Годар просто включал камеру и говорил нам из-за кадра, что нужно делать, как в немом кино. Режиссёр-суфлёр… По вечерам я приходил домой и говорил жене: „Потрясающе! Я снимаюсь у сумасшедшего!“ Я был уверен, что этот фильм никогда не выйдет на экран, поэтому был совершенно спокоен и раскован. Не работа, а любительские развлечения… Для актёра это замечательно! Ни разу потом я не ощущал такого чувства свободы».
Годар не расставался с тетрадью, которая помогала ему не сбиваться в сторону. Он давал точные указания оператору Раулю Кутару. Фильм как бы сверхдокументален. Ни одного павильона — только улицы, переулки, витрины, лестницы метро, номера отелей. Кутар почти не пользовался операторским светом — дорожил хроникальностью, импровизационностью кадра. И если половина лица героя оказывалась в тени — пусть так и будет, это только усиливает «документальность» фильма.
Утром Патриция берёт интервью у модного писателя. Писатель расточает легкомысленные циничности. Здесь в фильм вторгаются документальные кадры: в Париж приезжает Эйзенхауэр. Разумеется, и эта «вклейка» подкрепляла «документальную» манеру фильма.
Во время прохода Патриции и Мишеля по Елисейским Полям движение камеры было организовано таким образом, чтобы прохожие, попадающие в кадр, её не замечали. Рауль Кутар сидел в маленьком автомобиле с ручным управлением, а Годар катил или тащил его со скоростью шага героев фильма.