Задолго до начала съёмок было ясно, что роль Мухтара не сможет исполнить одна собака: действие в сценарии происходит в течение семи–восьми лет, сперва Мухтар — молодой полуторагодовалый пёс, а к концу фильма ему уже около десяти лет. К тому же животные обычно очень тяжело переносят процесс съёмок, и в любом случае необходимы были запасные собаки, способные в случае форс–мажорных обстоятельств друг друга подменять. Двух взрослых служебно–розыскных псов по кличке Урал и Байкал на всё время работы предоставило Министерство внутренних дел СССР, а третьего, самого молодого, за четыре месяца до начала съёмок «Мосфильм» приобрёл по объявлению.
Съёмки начались зимой 1964 года, поэтому сначала решили снимать финальные эпизоды сценария, для которых требовалась снежная погода. Местом действия был выбран подмосковный город Кашира, в первый день должна была сниматься сцена, где Мухтар со своим проводником Глазычевым идёт по следу рецидивиста, убившего колхозного сторожа, а следы бандита постоянно заметает сильная метель. Однако с этой сценой возникли серьёзные трудности, проблема заключалась в установленном на поле огромном ветродуе, мощном моторе с самолётным пропеллером, используемым для создания необходимой силы ветра, — он был слишком шумным, и собаки при его включении в ужасе разбегались. Директор фильма предложил отказаться от метели — киногруппа простаивала в течение пяти дней, и за каждый день простоя впустую уходили три тысячи рублей, но режиссёр категорически отверг это предложение. Кто–то вспомнил письмо из Киева от инженера–сантехника Михаила Длигача, который некогда прочёл «Мухтара» и прислал на «Мосфильм» свой вариант сценария для экранизации этого произведения. В письме Длигач упомянул, что является страстным собаководом–любителем, и у него есть умнейший пёс по кличке Дейк, который легко смог бы исполнить главную роль. Сценарий оказался неумелым, поэтому тогда ему никто не ответил, но, оказавшись в затруднительном положении, Семён Туманов решил вызвать этого человека из Киева и привлечь к работе над фильмом. Дейк не боялся ветродуя, неукоснительно выполнял любые команды хозяина и в плане актёрского мастерства оказался самым талантливым из всей четвёрки собак, поэтому впоследствии использовался во всех технически сложных эпизодах.
