К тому моменту Чулюкин принял однозначное решение, что его жена Тосю играть не будет. Дело в том, что по сюжету Тося была пигалицей, говоря современным языком «тинейджером в юбке», а Кустинская по своим фактурным данным больше подходила на роль роковой красавицы. Поэтому Чулюкин предложил жене роль, более соответствующую ее внешним данным — роль Анфисы, сказав, что от главной роли ее отстранил не он, а Михаил Ромм. Но Кустинская мужу не поверила, разобиделась на него и вообще отказалась у него сниматься. В итоге роль Тоси досталась лучшей травести советского кино Надежде Румянцевой, а в Анфису предстояло перевоплотиться Светлане Дружининой (на эту роль также претендовали Клара Лучко и Руфина Нифонтова).
Сложнее всего оказалось найти нужного исполнителя на роль возлюбленного Тоси бригадира лесорубов Ильи Ковригина. Первоначально предполагалось найти его среди актеров Театра киноактера. Роль была предложена Николаю Рыбникову, Евгению Урбанскому и Вячеславу Тихонову. Но те, ознакомившись со сценарием, дружно от роли Ильи отказались, не найдя в ней ничего интересного для себя. Тогда Чулюкин раскинул сети пошире и стал искать актеров в иных местах. В итоге длительных поисков круг возможных кандидатов сузился до трех человек. Это были: Владимир Трещалов, Вячеслав Шалевич и Валентин Зубков. Больше всего режиссера устраивал первый, но против его кандидатуры внезапно выступил начальник актерского отдела «Мосфильма» Адольф Гуревич, который имел на Трещалова большой «зуб». Дело в том, что летом этого года, во время съемок в фильме «Битва в пути», которые проходили в Харькове, Трещалов неоднократно нарушал трудовую дисциплину, из-за чего в Харьков даже была отправлена специальная комиссия. Итогом ее работы стало то, что Трещалов был отозван в Москву и снят с учета «Мосфильма» как актер. Поэтому, когда Чулюкин надумал именно его снимать в главной роли, Гуревич категорически выступил против. Он обвинил молодого актера в пристрастии к алкоголю, а также в нечистоплотности — дескать, тот обманул отдел, написав в анкете, что он закончил Школу-студию МХАТа, хотя на самом деле актерского образования не имел. Но Чулюкин мнение Гуревича проигнорировал и 23 декабря 1960 года пробу Трещалова (вместе с другими кандидатами) вынес на суд худсовета.
Большинство членов худсовета, обсуждая кандидатов на роль Ильи, высказались за кандидатуру Трещалова. Однако говорили они это без особого энтузиазма, поскольку видели, что даже этот актер с ролью не справляется. Просто из двух зол они выбирали меньшее. Например, режиссер Александр Алов заявил: «Бесспорно, Трещалов красивый парень, но если он будет играть, то он будет тянуть всю картину. Он лишен юмора. Надо поискать актера, равного Румянцевой. Если этого не будет, картина станет скучной и тяжелой. Может быть, попробовать Сергея Гурзо, он давно не снимается…»
Последнюю реплику никто из присутствующих всерьез не воспринял. Все знали, что Гурзо сильно пьет и давно потерял ту форму, которую имел десять лет назад, снимаясь в «Смелых людях» и «Заставе в горах». И на его фоне даже лишенный юмора Трещалов смотрелся бы как суперзвезда. Поэтому кандидатура Трещалова была одобрена, но право последнего слова все равно оставалась за Главком. А там прислушались к мнению Гуревича и заставили Чулюкина искать другого кандидата на роль. И, как мы теперь знаем, правильно сделали. Будь иначе, мы бы имели совсем другое кино.
1 января 1961 года фильм «Девчата» был запущен в производство. В роли Ильи Ковригина режиссер уговорил сняться Николая Рыбникова, который в комедиях не снимался с 1957 года — с «Девушки без адреса». В других ролях снимались: Инна Макарова (Надя), Нина Меньшикова (Вера), Люсьена Овчинникова (Катя), Виктор Байков (Ксан Ксаныч), Михаил Пуговкин (комендант), Анатолий Адоскин (инженер).
Снимать начали с павильонных эпизодов: Тося приходит в общежитие; комната бригады Ильи Ковригина; танцы в клубе и др. Затем перебрались на Ленинские горы, где недалеко от МГУ, в овраге, руками декораторов был воздвигнут фанерный «леспромхоз», обсаженный деревьями (около 300 штук). Говорят, местная ребятня, которая до этого с утра до вечера коротала время в этом овраге, была сильно недовольна нашествием киношников. Но потом смирилась. И даже прислала им письмо следующего содержания: «Уважаемые товарищи киносъемщики! Ладно уж, пользуйтесь нашим оврагом, для кино не жалко. Только делайте хороший фильм, чтобы всем понравился и нам тоже».
7 февраля первую партию отснятого материала смотрел худсовет 3-го объединения, где снималась картина. Увиденное им мало понравилось. Особенно всех озаботил Рыбников, который выглядел на экране толстым увальнем. В заключении по этому поводу было написано следующее: «Актер Николай Рыбников выглядит на экране недопустимо полным, тяжелым и далеко не молодым, как это требуется по роли. Для продолжения работы с этим актером необходимо, чтобы он несколько похудел.