Анатолий Кузнецов, Спартак Мишулин, Кахи Кавсадзе, Павел Луспекаев, Раиса Куркина, Татьяна Федотова, Николай Годовиков, Муса Дудаев, Николай Бадьев, Владимир Кадочников
Бесконечная пустыня, боец Сухов, прикуривающий с динамитной шашки, нескладный Петруха с вечно заклинивающей трехлинейкой, обаятельный Верещагин, с надоевшей черной икрой и знаменитыми песнями-балладами, ловкий Саид с незабвенным «Стреляли», злодей Абдулла со своей бандой, любознательная Гульчатай, играющая с черепахою…
Первая по времени снятая сцена фильма — сон Сухова. В розовом платке Гюльчатай, а первая актриса, исполнившая эту роль — Татьяна Денисова (в титрах не указана)
Съёмки фильма на производственной базе студии «Ленфильм» начались 24 июля 1968 года в Ленинградской области, (деревня Мистолово, Всеволожский район). Первые отснятые сцены фильма — сон Сухова, где он отбивает серп и затем пьёт чай вместе с супругой и остальным гаремом.
Сразу после этого съёмочная группа отправилась в первую командировку в Дагестан в окрестности Махачкалы на побережье Каспийского моря. Здесь были созданы декорации маленького среднеазиатского городка Педжента, возле которого по сценарию должны были развернуться основные события. Часть картины снята в Туркменистане. Существует миф о том, что местом съёмки служила Куршская коса.
Съёмки шли тяжело и были плохо организованы. Осенью 1968 года в СССР создавалась киноэпопея «Освобождение», куда были брошены лучшие кинематографические силы и все ресурсы. «Белому солнцу…» даже не досталось съёмочного крана — его пришлось мастерить прямо на площадке из подручных средств. К участию в съёмках привлекли эскадрон — подразделение знаменитого кавалерийского полка, созданного для съёмок фильма «Война и мир». Однако в итоге в картину так и не вошли сколько-нибудь сложные конные трюки. При этом в ходе съёмок один из кавалеристов-каскадёров по неосторожности погиб.
Впоследствии при разбирательстве о перерасходе средств на съёмки всё это вменили в вину Владимиру Мотылю. Дисциплина в творческой группе хромала — вне съёмок актёры постоянно участвовали в пьянках и драках в соседних ресторанах. Эпизод, где у Верещагина во время схватки на баркасе кровоточит лицо, натурален — накануне в драке с местными хулиганами Луспекаеву рассекли бровь.
В ноябре 1968 года съёмки были закончены, а с ноября того же года по январь следующего шли павильонные съёмки, а также запись музыки и песни.
Рабочий материал отсмотрела комиссия творческого объединения и осталась недовольна результатами. 15 января 1969 года Григорий Чухрай, художественный руководитель ЭТК, указал в письме режиссёру, что качество отснятого материала неудовлетворительно, и картина находится под угрозой перерасхода средств. Следовательно, она может быть закрыта. Режиссёра обвинили в профессиональной непригодности — материал, запланированный к съёмке в ходе командировки, не был готов. Фильм, уже снятый на две трети, оказался законсервирован на 4 месяца.
Руководство ЭТК рассматривало вариант передать незаконченный фильм другому режиссёру. Вопрос обсуждался с Владимиром Басовым, но тот отказался. Владимир Мотыль пошёл по инстанциям вплоть до министра кинематографии СССР Алексея Романова, пытаясь доказать перспективность работы. Всё было бесполезно.
Студия уже была готова свернуть работу над фильмом, когда в дело неожиданно вмешалось Министерство финансов, отказавшееся списать более 300 тысяч истраченных рублей. Было решено пересмотреть бюджет, выделить дополнительные средства и закончить фильм. Комиссия указала режиссёру на то, что картина получается слишком трагической, и требовалась её серьёзная доработка.
Чтобы удовлетворить требования, было необходимо переснять несколько ключевых сцен, в том числе полностью изменить концовку. Так, в первоначальном варианте Настасья (жена Верещагина) от горя сходит с ума, а жёны Абдуллы вылезают из нефтяного танка, в отчаянии бросаются к мёртвому мужу и рыдают. Финальная схватка Абдуллы и Сухова выглядела совсем иначе. Все эти сцены не вошли в окончательный вариант или были полностью переделаны.
18 мая 1969 года съёмочная группа вылетела во вторую командировку, но теперь уже на восточный берег Каспийского моря — в Туркмению в район города Байрам-Али. В результате столь большой паузы в работе группа лишилась актрисы, игравшей Гюльчатай. Вместо Татьяны Денисовой на роль утвердили 17-летнюю студентку Вагановского училища Татьяну Федотову. С мая по июль прошла вторая экспедиция, в результате которой фильм значительно изменился, и у него фактически появилась другая концовка.
Съёмки завершились в сентябре 1969 года, но на этом проблемы не закончились. Даже после второй экспедиции материалы не удовлетворили руководство студии. Владимиру Мотылю пришлось внести ещё около 30 правок. Фильм начинали снимать на базе студии «Ленфильм», а заканчивали на «Мосфильме» (в выходных данных значатся обе крупнейшие советские киностудии). 18 сентября 1969 года состоялась приёмка картины. Её отсмотрел директор «Мосфильма» Владимир Сурин. Он остался недоволен качеством и не подписал акт о приёмке.