В марте съемочная группа работала уже в Москве, снимала в павильоне эпизоды на вилле Штирлица. Вот как описывает один из тех съемочных дней побывавший на съемочной площадке журналист «Литературной газеты» Е. Демушкин:
«И вот оператор П. Катаев приступает к съемке. У рации — Исаев. Сейчас выходить на связь, и пальцы разведчика уже на ручке настройки. Вдруг в комнату с радиоволнами врывается мелодия русской песни. Сколько чувств отражается на лице Исаева-Тихонова! Он по-прежнему сосредоточен, но в глазах его тревога, и радость, и боль: надо настраиваться на волну Центра, а как трудно уйти от этой песни. В радиограмме — новое труднейшее задание, и, когда герой Тихонова смотрит на пламя, превращающее в пепел вместе с шифровкой надежду на скорое возвращение домой, мы вновь видим прежнего Исаева, не знающего слабостей, подчинившего всего себя борьбе…»
Поздней осенью 1972 года снимали последние эпизоды фильма. В частности, на Рижском вокзале запечатлели на пленку сцену проводов Штирлицем Кэтрин. На тот момент Градова была на третьем месяце беременности от Миронова, но под пальто, которое ее героиня на себе носила, этого заметно не было. Кстати, в этом эпизоде был допущен очевидный ляп: на вагоне, рядом с которым стоит Кэт, было по-русски написано «56 тонн».
Когда в начале 1973 года фильм был смонтирован и его показали высокому телевизионному руководству, на голову режиссера посыпались первые упреки. Больше всех возмущались военные, которые заявили, что, согласно фильму, войну выиграли одни разведчики. Возразить им Лиознова не посмела, поэтому отправилась исправлять досадную оплошность. Она включила в фильм еще несколько сот метров документальной хроники, и претензии военных были сняты.
Инициатором другого скандала стал автор сценария Юлиан Семенов. Он заявил категорический протест, когда Лиознова вознамерилась стать соавтором сценария и в титрах поставить свою фамилию рядом с его (как мы помним, некоторые сцены в фильме Лиознова придумала сама). Когда противостояние между режиссером и сценаристом достигло высшей точки, было решено обратиться к помощи третейского судьи. Им был выбран Микаэл Таривердиев. И тот решил, что Лиознова не должна выставлять себя в титрах как сценарист. Спор был разрешен, однако Лиознова в списки своих недругов внесла и Таривердиева. Когда в 1976 году фильм выдвинули на соискание Государственной премии РСФСР, фамилию Таривердиева в списки не включили. В итоге премию получили четверо: Лиознова, Семенов, Тихонов, оператор Петр Катаев.
Премьера фильма состоялась в конце лета 1973 года: с 11 по 24 августа. В те дни, когда он демонстрировался, буквально вся страна прильнула к экранам своих телевизоров. И как гласят тогдашние милицейские сводки, по всей стране резко снизилась преступность. Причем так было не только у нас. Один наш теленачальник посетил как-то Венгрию и в одной из приватных бесед с тамошним пограничником спросил: «Ваши граждане случайно не бегут в соседнюю благополучную Австрию?» На что пограничник ответил: «На данный момент нет. Потому что сейчас по нашему ТВ показывают ваши "Семнадцать мгновений весны"».
Между тем если первые две серии зрители только присматривались к сериалу, то уже с третьей многих из них стал переполнять такой избыток чувств, что они вооружились пером и бумагой. На Гостелерадио и Киностудию имени Горького посыпались письма, их телефонные провода буквально раскалились от звонков. В один из тех премьерных дней, к примеру, позвонила некая москвичка, которая передала свой огромный привет создателям картины и сердечную благодарность за то, что вот уже несколько дней, пока длится картина, ее муж сидит дома и не пьет, поскольку все его собутыльники заняты тем же — просмотром сериала. Кстати, сама Татьяна Лиознова в те дни фильм не смотрела — не было сил. Зато каждый вечер она вглядывалась в окна соседних домов и видела, что многие из них гасли сразу, когда кончалась очередная серия.
Актеры, которые снимались в этом фильме, до сих пор вспоминают о тех днях с восторгом, поскольку некоторые из них в мгновение ока стали суперзнаменитыми. Например, Екатерина Градова в дни премьеры фильма буквально на несколько минут выбежала из дома, чтобы погулять с собакой Марфушей, а заодно заскочить в гастроном «Новоарбатский». Была она едва причесана и внешне не очень сильно походила на свою экранную героиню. Но покупатели все равно ее узнали. Восторженная толпа бросилась к актрисе, люди стали целовать ее, обнимать, просить автографы. Причем у большинства не было под рукой ни клочка бумаги, поэтому они просили расписаться на одежде: рубашках, пиджаках, блузках. Почти два часа Градова простояла, прижатая толпой к прилавку, после чего недовольные продавцы были вынуждены вызвать милицию. Когда актриса вернулась домой, ее муж — Андрей Миронов — был уже на грани безумия: ведь она-то вышла из дома на пять минут за хлебом.