Из-за долгих поисков актёров и других проблем организационного плана подготовительный период затянулся. Поэтому начать съёмки удалось только на исходе лета — в августе 1933 года. Для съёмок натуры группа отправилась в Калинин, в стрелковую дивизию имени Ворошилова, солдаты которой должны были сниматься в массовых сценах. Жить киношников определили в военный лагерь, что их поначалу чрезвычайно обрадовало — жизнь на природе никому не была в тягость. Однако на этом череда приятных впечатлений закончилась. Буквально на третьи сутки съёмок небо заволокло тучами и над местом съёмок зарядили сплошные дожди. В итоге из 28 намеченных объектов за месяц съёмок удалось отснять только несколько крохотных эпизодов и одну большую сцену — отъезд Фурманова. Устав ждать «у моря погоды», Васильевы решили отложить съёмки натуры на следующее лето и свернули экспедицию.

Вернувшись в Ленинград, Васильевы на какое-то время законсервировали работу над «Чапаевым» и занялись другим проектом — кинооперой «Пиковая дама», став родоначальниками этого жанра в отечественном кино. А ближе к зиме они вновь вернулись к «Чапаеву». В декабре 33-го и январе 34-го были отсняты павильонные эпизоды на «Ленфильме». И вот здесь случилось то, чего никто, в общем-то, и не ждал. Оказалось, что вынужденный летний простой пошёл только на пользу картине. В процессе работы в павильоне Васильевы взялись за кардинальную переделку сценария, перелопатив его чуть ли не наполовину. В итоге из режиссёрского сценария в период съёмок была изъята 21 сцена, а 11 сцен были созданы вновь. Но Васильевым этого показалось мало, и они перетрясли и актёрский состав. Так, они заменили сразу двух актёров, игравших ключевые роли: на роль Петьки вместо опытного актёра Якова Гудкина (на его счету было более десяти картин, в том числе «Катька — бумажный ранет», «Обломок империи», «Встречный» и др.) был приглашён 26-летний Леонид Кмит (это была его первая большая роль в кино), а роль предателя Верзилы от А. Перегожина перешла к Константину Назаренко.

После того как за зиму были отсняты все павильонные эпизоды, группа отправилась во вторую экспедицию на натуру в тот же Калинин. На календаре была середина весны. На этот раз поездка прошла как нельзя отлично: при минимуме простоев. Финал фильма — гибель Чапаева — снимали на Волге, хотя потом в народе будет ходить легенда, что съёмки велись «в бурном Тереке», а то и на самом Урале. На самом деле место для съёмок этого эпизода было выбрано на Волге. Но заканчивать картину сценой гибели главного героя Васильевы не хотели, понимая, что это выглядит слишком пессимистически. Поэтому ими были придуманы два разных финала, но с одинаковым — оптимистическим — уклоном. Первый выглядел следующим образом. По освобождённому Лбищенску маршируют войска красных, среди которых зритель видит и Анку с Петькой. Раненые, лёжа на санитарной двуколке, они проезжают мимо восторженной толпы, и на их лица «ложатся» слова Чапаева: «Счастливые, говорю, вы с Петькой… Молодые… Вся жизнь впереди».

Второй финал относился к более далёкому будущему, но герои в нём были всё те же — Анка и Петька. Всё происходило в красивом яблоневом саду, где среди груды уже собранных фруктов Анка играла с детьми. Здесь их заставал Петька, который к этому моменту достиг высот своего погибшего командира — возглавлял стрелковую дивизию. На фоне счастливого семейства вновь слышался голос Чапаева: «Вот поженитесь, работать вместе будете.