Адмиралов Нахимова и Корнилова, хирурга Пирогова, матроса Кошку, сестру милосердия Дашу Севастопольскую играли лучшие актёры ханжонковской кинотруппы, причём создатели картины стремились воспроизвести портретное сходство с реальными лицами. Установка на правду истории была во всём.
Летом 1911 года начались съёмки натурных сцен, которые занимали основное место в фильме. Первым в экспедицию отправился оператор Луи Форестье, француз, который начинал в «Фильм д'Ар» в Париже, потом оказался в России и долгие годы работал в советском кино.
В связи с юбилеем Севастопольской обороны многие места сражений и все прославленные батареи и бастионы были восстановлены и имели тот вид, что и пятьдесят лет назад. Авторы фильма снимали как бы «историческую хронику», наиболее яркие эпизоды, последовательно и более или менее полно восстанавливающие героическую эпопею обороны. Это было смелое, необычное решение. Ханжонков, будучи в прошлом кадровым офицером, мог грамотно режиссировать батальные сцены; кроме того, опытный консультант из офицеров Генерального штаба и работники Севастопольского музея следили за тем, чтобы в съёмках не было нарушения исторической правды. В распоряжение съёмочной группы были предоставлены в нужном количестве солдаты и матросы Севастопольского гарнизона, а также несколько военных кораблей, в том числе одна подводная лодка. Все это обеспечило фильму высокую историческую достоверность.
Из-за дальних расстояний и ограниченности средств передвижения пришлось отказаться от съёмки батальных сцен на местах исторических сражений под Альмой и у Инкермана. Было решено ограничиться съёмками в самом Севастополе и в ближайших его окрестностях.
Рассказывает оператор Форестье: «Как и при съёмке „Ермака“, костюмов не хватало, и на заднем плане солдаты действовали в современных мундирах. Но, к счастью, наш пиротехник Кульганек не ленился и набросал такое множество бомб, гранат и дымовых шашек, что на заднем плане вообще трудно было что-нибудь разобрать. Первый съёмочный день был частично нарушен из-за того, что старый съёмочный аппарат „Урбан“, который я привёз из Москвы, отказался работать, и все мои попытки привести его в порядок не увенчались успехом. Спасла положение предусмотрительность Ханжонкова. Словно предчувствуя возможность подобной неприятности, он купил в Москве и привёз с собой новый съёмочный аппарат „Патэ“».
Воссоздавая вплоть до деталей эпизоды борьбы на батареях, подвиги матроса Кошки, работу Пирогова в полевом лазарете, деятельность бесстрашных девушек-санитарок, вытаскивающих из-под огня раненых солдат и матросов, и другие сцены Севастопольской эпопеи, авторы отнюдь не стремились точно скопировать известные картины, лубки или панораму музея, рассказывающие об этих же событиях. (Хотя влияние Севастопольской панорамы художника Рубо на работу операторов картины Л. Форестье и А. Рылло было несомненно.) Все эпизоды даны в движении, правдиво по содержанию, безо всякой нарочитой картинности. Так, например, Пирогов, показанный в полевом лазарете с засученными рукавами халата и скальпелем в руке, не позирует, а словно «живёт». Он так сердито вдруг смотрит в аппарат, оторвавшись на минуту от операции, как будто ему действительно мешают работать «настырные» кинохроникёры.
