Съёмки, начавшиеся 6 января 1974 года, в день рождения Ларисы Шепитько (по другим источникам — съёмки начались 5 января), проходили в окрестностях города Мурома. Первыми снимались сцены на натуре — среди полей, лесов и оврагов — при том, что стояли сорокаградусные морозы. По словам Бориса Плотникова, мороз и снежная целина был обязательными условиями, которые выдвинул Василь Быков. Этот подход был одобрен Ларисой Шепитько, по выражению которой актёры должны были «почувствовать зиму всеми клетками» для более достоверного вхождения в образ. Одновременно с этим съёмочный процесс был спланирован таким образом, что исполнители главных ролей начали с самых простых в психологическом и игровом смыслах эпизодов, что позволило им постепенно погружаться в свои образы.
С самого начала Шепитько сумела заразить своей идеей всех участников рабочего процесса, которые понимали, что фильм снимается о святых вещах: о Родине, о высших ценностях, совести, долге и духовном героизме. Её способность увлекать своих коллег проявлялась и ранее: Юрий Визбор (исполнитель главной роли в фильме «Ты и я») говорил: «Мы работали для Ларисы, конкретно, персонально для неё. В ней была вера, вот в чём дело. Вера в доброту и необходимость нашей работы, и она, эта вера, была абсолютно материальной субстанцией, на которую можно было весьма реально опереться».
В суровых условиях, в которых проходили съёмки, этот фактор оказался весьма важен: на съёмочной площадке случались обморожения среди массовки и участников съёмочной группы, но никто не жаловался. Шепитько сама не требовала для себя особых привилегий и, по воспоминаниям коллег, была для всех примером мужества, воли, терпения и необыкновенной заботы. Например, Борис Плотников был очень легко одет и быстро коченел от мороза и пронзительного ветра в открытом поле, но после команды «Стоп! Снято!» режиссёр подходила к нему, чтобы растереть, согреть и поблагодарить. Также приходилось ей отогревать и Владимира Гостюхина, который впоследствии писал: «Стоило „умереть“ в сцене, чтобы ощутить такую её благодарность». Он же рассказывал, что почти никто не знал, каким усилием давались Шепитько съёмки каждого кадра. Иногда Гостюхину приходилось нести режиссёра от машины до гостиничного номера на себе: Шепитько была не совсем здорова и иногда силы отказывали ей. Задолго до «Восхождения», на съёмках фильма «Зной» Шепитько переболела гепатитом. Не обращая внимания на советы уехать в Москву, она осталась и продолжала снимать картину с носилок, на которых её приносили из инфекционного барака. Более того, Шепитько не долечилась, и последствия болезни негативно сказывались на её самочувствии в дальнейшем, в частности, на съёмках «Восхождения». Кроме того, сильнейшие боли ей причиняла недавняя травма позвоночника. Но Шепитько всё равно поднималась на два-три часа раньше съёмочной группы, чтобы прийти в себя, после чего работала на пределе сил целый день. Например, в одной из сцен партизаны долго и трудно уходят от погони карателей. На экране требовалось показать смертельную усталость разгорячённых, задыхающихся людей. Чтобы не допустить фальши в кадре, режиссёр всякий раз бежала рядом с участниками съёмок, переживая их состояние вместе с ними. Благодаря такой самоотдаче, съёмки велись без перерыва и были закончены на месяц раньше запланированного срока.
Для того, чтобы добиться от актёров необходимого качества исполнения роли, Шепитько порой приходилось подолгу говорить с ними, стоя на морозе. Например, несмотря на полную готовность съёмочной группы, режиссёр могла долго разговаривать с Борисом Плотниковым, чей характер она внимательно изучила во время съёмок. Успешной подаче информации способствовала привычка Шепитько предельно чётко постулировать мысли, избегая заумных терминов, которые могут скрывать отсутствие ясности. Дождавшись нужного ей проявления эмоций в глазах, мимике и жестах актёра, она внезапно для всех командовала включить камеру. Борис Плотников позже говорил, что ему хотелось повторить этот опыт в других картинах, но ничего не получалось. О работе с Шепитько Плотников отзывался как о «встрече с живым гением». Похожего мнения о режиссёре фильма придерживался и Василь Быков, называвший её «Достоевским в юбке». Быков вообще очень ценил Ларису Шепитько и как-то даже признался, что если бы встретил её раньше, то, возможно, написал бы «Сотникова» по-другому.
Владимир Гостюхин описал съёмочный процесс не как игру, а как «смерть в каждом кадре». И для него, и для Плотникова было крайне важно оправдать доверие режиссёра, которой долго и трудно пришлось отстаивать их перед руководством. Гостюхин отзывался о способностях Шепитько донести мысль до актёров как о гипнозе, под которым они с Плотниковым, новички в киноиндустрии, могли совершать «чудо перевоплощения». Во время первой репетиции Шепитько даже брызнула им снегом в лица. По предположению последнего — это было сделано, чтобы собрать их внимание и волю, а также придать фактурности и достоверности образам. В дальнейшем, это стало своеобразным ритуалом, который нередко предшествовал очередному дублю на съёмочной площадке. Гостюхин вспоминал, что настолько перевоплотился в Рыбака, что даже гримировочный синяк не сходил у него с лица три недели. После съёмок картины актёр долго пытался прийти в себя, снова пытаясь стать собой, а не своим персонажем, и даже отказался сниматься в следующем фильме Ларисы Шепитько — «Прощание», — несмотря на её настойчивые просьбы.