Вместе с режиссерами Черкасов подробно изучал жизнь и деятельность великого русского ученого К.А. Тимирязева, который послужил жизненным прототипом Полежаева. Черкасова интересовали сведения о последних годах жизни других великих людей — Дарвина, Тургенева, Толстого, Гёте, Канта, Эдисона. Как вспоминает артист, постепенно «в мозгу создался какой-то собирательный образ с чертами Станиславского, Римского-Корсакова, Феликса Кона, Немировича-Данченко. Хотелось взять от Кирова остроту его определений, когда Полежаев на пленуме Петросовета так язвительно говорит об отсутствующих ученых. Запомнился пламенный жест Ленина: „…не отдавайте немецким белогвардейцам красный Петроград!“
В июне начались ежедневные репетиции. Благодаря тому, что многие эпизоды будущего фильма носили камерный характер, можно было позволить себе редкую для кино роскошь — по-театральпому последовательную разработку основных сюжетных линий. Перед каждой репетицией Черкасов наклеивал усы и бородку, надевал сюртук и брал тросточку. «Я начал с походки профессора», — рассказывал он впоследствии. Потом начали появляться все новые и новые штрихи и детали поведения Полежаева, они тщательно отрабатывались, но не застывали в заученном постоянстве. Черкасов всегда считал, что каждому образу присуща своя основная звуковая тональность. Если, допустим, Варлааму был свойствен грубый, металлический, открытый звук, то для Полежаева актер нашел своеобразный высокий регистр, иногда переходящий в фальцет.
В мудром старике, ученом с мировым именем артист искал признаки неугомонной молодости с ее светлым мироощущением и естественным, органичным эксцентризмом. Длинный, худой, с нависающими над открытым лбом мальчишескими вихрами и негустой бородкой, Полежаев чем-то напоминал Дон Кихота. Но он не был Рыцарем Печального Образа. Вот он стоит перед зеркалом и, приглаживая бородку, напевает какой-то легкомысленный мотивчик и даже чуть-чуть пританцовывает. В нем ни на йоту нет «профессорской» почтенности, важной озабоченности и недоступности «жреца науки». Он чудаковат? Может быть. Но он из тех чудаков, о которых Горький сказал, что они украшают мир.
В облике Полежаева, в его легкой походке, в чудаковатых, но по-своему пластичных манерах сквозило обаяние внутренней гармонии. Эта гармония рождалась от ощущения и осознания старым профессором своей сопричастности великому делу революции, всей России. В его личной жизни происходили события, ранящие душу, — отворачивались от «большевика» университетские коллеги, ученик становился предателем, и в какие-то минуты Полежаеву казалось, что он одинок в этом мире. Но, несмотря на это, Черкасов прежде всего играл Полежаева человеком счастливым, познавшим высокую радость творческого труда, нужного не горстке избранных, а всему народу.
— Моя наука, — говорит Полежаев с трибуны Петросовета, — была всегда наукой для народа. Я работаю в своем кабинете, чтобы пахарю было легче работать в поле.
Создание Черкасовым образа профессора Полежаева являет собой удивительный пример актерского перевоплощения. Фантазия исполнителя не ограничивалась только ситуациями, заданными сценарием. Он мог точно представить себе и показать другим, как будет действовать его герой в любой обстановке: выступать с речью или играть на рояле, беседовать с дворником у ворот своего дома или искать завалившуюся за шкаф книгу, заниматься гимнастикой, танцевать мазурку…
— А знаешь, как Полежаев вдевает нитку в иголку? — говорил Черкасов одному из постановщиков. — Вот, смотри. Он же рассеянный. Держит иголку, а потом забыл и обронил. И боится уколоться. И все оттого, чтобы спрятать свое горе от жены…
Казалось, что актер знает о своем герое буквально все.
— Между прочим, Полежаев носит ботинки со шнурками, — сообщил он режиссерам. — Правда, старики таких ботинок не любят, а он все равно носит. Один зашнуровал, а второй… От второго его что-то отвлекло, какое-то дело или мысль. Так и пошел в одном незашнурованном ботинке…
«Все, что он выкладывал нам шутя и играя, как забаву для уставших мозгов, как разминку перед трехчасовой напряженной репетицией, как „треп“ в коридоре во время перекура, — рассказывает Хейфиц, — все это, повернутое с головы на ноги, входило в роль уже с иной нагрузкой, подчиняясь трагическим задачам, оборачивалось неожиданной противоположностью… Мы ставили перед ним, казалось бы, непреодолимые задачи, нагружали на него тройной груз. И Черкасов „брал вес“.