Художники Б. Михин и В. Фестер написали хорошие декорации. В костюмерной Пинягина были отобраны сотни мундиров и предметов амуниции для русских солдат и матросов, оборонявших Севастополь, а также дли французов, англичан, турок и сардинцев, осаждавших крепость. Особое внимание было уделено костюмам руководителей героической обороны — адмирала Нахимова и генерала Тотлебена. Было заготовлено несколько мешков дымовых гранат, куплена новая съёмочная камера.

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.

Авторы искусно перемежают сцены трагические комическими, массовые — камерными. И это был, по-видимому, сознательный приём, позволявший избежать однообразия, монотонности в показе однородных по содержанию картин.

Кое-что просто невозможно было сделать на высоком уровне из-за отсутствия опыта в комбинированных съёмках. Так, например, не удалось показать важный эпизод потопления Черноморского флота.

Известно, что осаждённые севастопольцы были вынуждены снять с бастионов пушки с кораблей, а сами корабли затопить при входе в бухту, чтобы загородиться от более сильного и технически совершенного флота противника. Совсем не показать этот эпизод было нельзя. В то же время снимать макеты тогда почти не умели. Гончаров построил эффектную декорацию парусного корабля над подводной лодкой, рассчитывая на удачное погружение подводной лодки вместе с «надстройкой». Оператор Форестье вспоминал: «Снимал я эту сцену с катера, находившегося на расстоянии 60—80 метров от подводной лодки. По условному сигналу „надстроенная“ Гончаровым лодка должна была начать погружение в воду. Сначала всё шло как будто бы благополучно, но как только вода достигла „надстройки“, все доски, брезенты и куски фанеры под сильным давлением взлетели в воздух, и задуманный трюк не удался. Гончаров был страшно обозлён и на чём свет стоит клял всех и вся».

Вернувшись в Москву, авторы фильма просмотрели отснятый материал и решили переснять весь эпизод потопления. С этой целью был построен небольшой макет флагмана «Три святителя», и Форестье с режиссёром Чардыниным, которому Ханжонков поручил снять этот эпизод, поехали в Крылатское снимать «потопление русского флота» на Москве-реке. Так как макет был небольшого размера, решено было снимать его с берега. «Поставили кораблик на воду, метрах в трех от аппарата, — продолжает рассказ Форестье, — и двое рабочих при помощи кусков фанеры начали „делать“ волны. Кораблик, довольно искусно построенный, держался на воде очень хорошо. Так как по историческим данным и по сценарию корабли были потоплены огнём береговых батарей, Чардынин решил „во имя исторической правды“ топить макет огнём из револьвера „Наган“. Раз за разом он всадил в кораблик три или четыре пули, сделав шесть выстрелов, но ожидаемого эффекта не последовало. Макет невозмутимо плавал у берега и не тонул. Перезарядили револьвер и снова выпустили неё пули, по-прежнему без толку. Взбешённый Чардынин схватил камень и с яростью запустил им в злополучный кораблик. Я продолжал снимать, надеясь, что вот-вот он утонет. Действительно, камень случайно попал в макет, последний завалился набок и стал медленно тонуть. При просмотре этого эпизода на экране оказалось, что камня не видно; когда же эпизод „потопления русского флота“ был смонтирован с кадрами, запечатлевшими выстрелы из тяжёлых орудий береговых батарей, вся сцена получилась довольно эффектной».

«Оборона Севастополя» — картина новаторская для своего времени. Мастерство её авторов очевидно не только в решении темы, но и в художественных средствах, которыми замысел был воплощён на экране.

При съёмках на натуре режиссёры и операторы уже довольно часто перемещают камеру с места на место, снимают батальные сцены под разными углами и даже панорамируют. Так, например, целый ряд сцен снят с высоты: эпизоды атаки союзных войск и контратаки русских моряков, картина отступления и перехода русских на Северную сторону; сцены на Малаховом кургане, эпизод смерти Нахимова и некоторые другие сняты снизу.

Особенно высокое мастерство режиссёры и операторы продемонстрировали в массовых сценах. Атаки, рукопашные схватки, передвижения войск не только хорошо сняты, но и прекрасно организованы. Любопытно, что массовые сцены снимались двумя камерами с разных точек.

Пока в Севастополе снималась натура, под Москвой, в Крылатском заканчивалась постройка нового ханжонковского ателье. Но к возвращению съёмочной группы павильон застеклить не успели.

В этом-то недостроенном «ателье» пришлось снять все декорации для «Обороны Севастополя». Отсутствие электрической энергии не позволяло применять юпитеры, и приходилось снимать только в хорошую погоду и закрывать декорации от солнца и ветра занавесками и простынями.

В павильоне был снят «Приём иностранных послов турецким султаном». Гончаров умудрился в эту сцену вставить балет евнухов и баядерку, исполнявшую «танец живота». Все попытки Форестье убедить Гончарова в том, что это безвкусица и халтура, не увенчались успехом. Он настоял на своём, заявив, что лучше разбирается в вопросах искусства.