Очень романтическая и в чем-то даже трагическая "мыльная опера" была совершенно новым направлением работы для Де Сика и Чезаре Дзаваттини, написавших сценарий под давлением Понти, который просил от них душещипательной истории, в чем-то сравнимой с "Доктором Живаго". Понти договорился с "Мосфильмом", главной киностудией СССР, предоставить оборудование и все необходимое для съемок. Впервые советское правительство разрешило деятелям кино Запада работать в своей стране. Понти надеялся, что этот проект позволит ему выйти на полномасштабное сотрудничество с "Мосфильмом". Он еще не отказался от идеи снять Софи в "Анне Карениной" Толстого, которую, возможно, ставил бы Лукино Висконти.
К тому времени, когда летом 1969 года Понти был готов начать "Подсолнухи", его предыдущая работа с Де Сика, Мастроянни и Фэй Дануэй "Место для влюбленных" только что вышла на экраны США. Прокатом занималась "МГМ", но очень скоро разочаровалась в своем выборе, так как фильм стал предметом насмешек у деятелей кино. Один уважаемый американский критик назвал его "самой ужасной картиной, которую я когда-либо видел". Другие предрекали конец Де Сика и Мастроянни и крушение надежд Дануэй стать звездой первой величины. Студия в этот момент готова была отменить "Подсолнухи", но, к счастью для Понти, этого не произошло.
Мастроянни позже утверждал, что он подписал контракт на свое участие в "Подсолнухах" только из-за возможности посетить Россию. Среди основных исполнителей этого фильма только он и Софи были из Италии. Все другие роли исполняли русские актеры. Сыграть Машу, крестьянскую жену Антонио, Де Сика пригласил одну из самых ярких звезд советского кино — Людмилу Савельеву, которая была известна на Западе в роли Наташи Ростовой в картине "Война и мир" Сергея Бондарчука, завоевавшей "Оскара".
Поскольку фильмы Софи редко имели роли, которые предоставляли возможность другим актрисам проявить себя (среди недавних исключений в этом отношении выделялись "Две женщины"), она была не очень довольна выбором на роль Савельевой. Хотя у них не много совместных сцен, Софи опасалась, что Савельева могла перетянуть внимание на себя, особенно в эпизодах с Мастроянни. Она также ревниво относилась к тому, что Де Сика все время проводит с русской, готовя ее к съемкам.
Софи делилась опасениями с членами своей команды, которые всегда критиковали игру Савельевой, особенно за то, что ей помогает Де Сика. Однако критические обсуждения привели к противоположным результатам — режиссер начал уделять Савельевой еще больше внимания и времени. Однако, как жена продюсера, Софи могла впоследствии прибегнуть к более решительным мерам. Говорят, она настояла, чтобы при конечном монтаже фильма сцены с Савельевой были по возможности максимально урезаны.
Российские зрители показались Софи еще более приветливыми, чем они были во время ее первого визита на Московский кинофестиваль в 1965 году. "Они просят автограф, дарят вам фрукты, цветы или что-нибудь на обмен, — говорила она позже. — В ресторанах они всегда посылали на наш стол икру и водку. Русские считают, что, если вы дадите им что-нибудь, они обязаны вас отблагодарить. Это замечательная идея. Они напоминают мне неаполитанцев. В них есть что-то открытое. Они всегда дружелюбны, когда вы общаетесь с ними".
После недолгого пребывания в России группа вернулась в Рим для завершения работы над "Подсолнухами". Чета Понти не могла противиться предложению Де Сика — снять Карло Понти-младшего в маленькой роли сына Софи. Мальчику исполнилось восемь месяцев, у него были черные волосы, большие глаза и оливковая кожа, как у матери, а округлое и упитанное лицо — скорее отцовское. Его
Почему бы и нет? Софи обговорила условия с Де Сика. Режиссер должен был приехать на виллу Понти только с минимумом сотрудников, с небольшим переносным оборудованием и необходимыми декорациями. По сюжету требовались несколько крупных планов лица ребенка и сцен общего плана — Чиппи в деревянной люльке радостно посасывает соску. Де Сика предсказывал, что "игра" юного актера позволит ему завоевать "Оскара" "за лучшее гугуканье года".
Софи вздохнула с облегчением, когда работа над "Подсолнухами" закончилась и она смогла вернуться домой, чтобы полностью приступить к обязанностям матери. У Понти не было определенных планов в отношении ее следующего фильма, хотя он рассматривал несколько возможностей, в том числе и "Анну Каренину" и один из вестернов Серджио Леоне, в котором она должна была сыграть со Стивом Мак-Куином.
Чтобы отметить завершение "Подсолнухов", Понти сказал Софи, что он собирается купить ей самый крупный бриллиант в мире, в шестьдесят девять каратов, выставляемый на аукционе в парке Берне в Нью-Йорке.