Экспедицию свернули в три дня и отправились в Одессу, один из главных центров кинопроизводства. В городе работали киностудия и лаборатория, которые могли помочь созданию фильма.

В поезде ломали голову: «Как выйти из создавшегося положения?» Было ясно, что намеченной программы к декабрю из-за погоды не осуществить. Тогда-то и забрезжила ещё не оформившаяся в ясный план мысль делать фильм «Броненосец „Потёмкин“». Эйзенштейн вновь и вновь перечитывает «две странички» (всего 41 кадр!), отведённые в сценарии Агаджановой-Шутко восстанию на броненосце.

В Одессе съёмочная группа устроилась в гостинице «Лондонская», на бульваре, идущем вдоль порта. В сотне метров от гостиницы находилась знаменитая лестница, построенная в 1839—1841 годах по проекту итальянского архитектора Боффо.

Эйзенштейн понимал, что не успеет за двадцать пять недель снять войну с японцами, резню армян, события января 1905 года в Санкт-Петербурге и последние бои, происходившие в Москве. В то время поездка из Одессы в Ленинград занимала четыре или пять дней, примерно двадцать дней требовалось, чтобы поездом добраться до Дальнего Востока. И режиссёр решает окончательно отказаться от проекта «1905 год» и ограничиться мятежом на «Потёмкине», который происходил в Одессе в июне 1905 года.

Оператор Левицкий, превосходный художник, не поехал в Одессу. Его сменил Эдуард Тиссэ, который только что в Одессе отснял картину «Еврейское счастье».

Эйзенштейн вместе с Александровым приступил к разработке сценария. Расспросив свидетелей событий (их в то время было ещё много), Сергей Михайлович написал, подгоняемый сроками, «эскиз», занимавший несколько машинописных страниц и разделённый на пять актов.

Напомним вкратце эти пять трагедийных актов:

Часть I. «Люди и черви». Экспозиция действия. Обстановка на борту броненосца. Червивое мясо, брожение среди матросов.

Часть II. «Драма на Тендре». «Все наверх!» Отказ матросов есть червивый суп. Сцена с брезентом. «Братья!» Отказ стрелять. Восстание. Расправа с офицерами.

Часть III. «Мёртвый взывает». Туманы. Труп Вакуленчука в Одесском порту. Плач над трупом. Митинг. Подъем красного флага.

Часть IV. «Одесская лестница». Братание берега с броненосцем. Ялики с провизией. Расстрел на Одесской лестнице.

Часть V. «Встреча с эскадрой». Ночь ожидания. Встреча с эскадрой. «Братья!» Отказ эскадры стрелять.

«Броненосец „Потёмкин“» мыслился как воспроизведение на экране исторического факта. Чтобы придать фильму характер документа, первоначальный вариант начинался с того, что руки раскрывали папку, перелистывали содержащиеся в ней протоколы допросов, показаний свидетелей, листовки, соответствующие архивные документы. Из окончательного монтажа фильма эта вводная сцена исчезла.

Эйзенштейн привлёк к постановке «Броненосца» коллектив, работавший с ним на «Стачке». Ассистентами режиссёра стали его друзья по Театру Пролеткульта: Григорий Александров, Александр Антонов, Максим Штраух, Александр Левшин, Миша Гоморов. «Железной пятёркой» прозвал их одесский журналист и драматург Станислав Радзинский — за спайку, образцовую дисциплину, точное и неукоснительное выполнение заданий Эйзенштейна. Работали напряжённо, весело, самозабвенно. «Броненосец „Потёмкин“» был снят на одном дыхании — за два месяца.

Для того чтобы сделать фильм о броненосце, нужен был прежде всего броненосец («Князь Потёмкин-Таврический» после списания был уничтожен). Но удалось отыскать его «младшего брата» — корабль «Двенадцать Апостолов», который был превращён в склад подводных мин. По старым чертежам, хранившимся в Адмиралтействе, из деревянных балок, реек и фанеры был воссоздан точный внешний облик броненосца «Потёмкин».

Судно развернули кормой в сторону открытого моря. Но бывший боевой корабль оставался минным пакгаузом. На выгрузку мин понадобились бы месяцы, а у группы каждый день был на счёту. Приходилось соблюдать осторожность. Бегать нельзя. Курить нельзя. Сильно стучать нельзя. Может взорваться. Сцены, происходившие во внутренних помещениях «Потёмкина», и эпизод с червивым мясом снимались на борту крейсера «Коминтерн».

«Основным принципом съёмочной работы были неустанные поиски, использование в фильме непредусмотренного материала», — отмечал Григорий Александров. Так, например, необычный шторм на Чёрном море и огромные волны, разбивавшиеся о дамбу Графской пристани в Севастополе, не значились ни в сценарии Агаджановой-Шутко, ни в монтажных листах Эйзенштейна. Но, встретившись с этим необычайно эффектным природным явлением, оператор немедленно снял огромные волны, и они оказались первыми кадрами картины.

Сцена расстрела на Одесской лестнице в предварительных сценариях или монтажных листах не значилась. Однако о лестнице, как и о съёмке инвалида, попадающего в разгон демонстрации, группа знала до поездки в Одессу. Анекдот о том, что якобы мысль о сцене на лестнице зародилась от прыгающих по её ступеням вишнёвых косточек, которые режиссёр сплёвывал, стоя наверху под памятником Дюку, конечно же, вымысел.

Из воспоминаний Михаила Штрауха: «Ещё до поездки в Ленинград мне было поручено собирать материал о революции 1905 года. Я усиленно бегал в Ленинскую библиотеку. Однажды я наткнулся во французском журнале „Иллюстрасьон“ на интересный материал. На рисунке художником, очевидцем событий, был изображён расстрел на Одесской лестнице. Удивившись оперативности западной журналистики, я показал рисунок Эйзенштейну. Этот рисунок дал толчок воображению Сергея Михайловича. В его памяти жили страшные картины расправы с рижской демонстрацией 1905 года, свидетелем которой он был в детстве. Отголоском этих воспоминаний, несомненно, были финальные эпизоды „Стачки“. Очевидно, найденный мной рисунок оживил вновь это сильнейшее детское впечатление. И первое, что мы сделали, приехав в Одессу, — даже не позавтракав, побежали на знаменитую лестницу! Тут-то и надо быть Эйзенштейном, обладать его хваткой, его творческой энергией, чтобы суметь сочинить „на ходу“ целую часть, ставшую центром картины. Он на неделю засел в гостинице и писал монтажные листы новых эпизодов. Параллельно шла организация съёмок».

Эпизод «Лестница», драматическая вершина трагедии, настолько потрясает, что он был включён как истинное историческое событие в путеводитель по СССР в 1928 году и в одно американское исследование, посвящённое этому мятежу. В действительности резня происходила не днём (как в этом волнующем кадре), а ночью, на улицах и в пригородах, расположенных далеко от этого места. Эйзенштейн рассматривал эпизод «Лестница» как синтез всех событий 1905 года, ознаменовавшихся жестокими репрессиями. Об этом он писал в 1939 году: «Сцена на лестнице вобрала в себя и бакинскую бойню, и Девятое января, когда так же, „доверчивой толпой“ народ радуется весеннему воздуху свободы пятого года и когда эти порывы так же беспощадно давит сапогами реакция, как зверски подожгла Томский театр во время митинга разнузданная чёрная сотня погромщиков».

В Одессе Тиссэ работал не с одним объективом, а с целым набором. В те времена такая практика была редкостью. Благодаря телеобъективу можно было снимать на лестнице общие планы, при этом камера не отвлекала участников массовок.

Эйзенштейн и Тиссэ одними из первых в Советском Союзе применили на натурных съёмках зеркальные отражатели для моделирования изображения. Эффект отражения особенно ярко был использован в эпизоде, где мать поднимается по лестнице, неся на руках убитого ребёнка. Она идёт в тени, но прямоугольный свет (отражение солнца в большом зеркале) сопровождает её шаги…

В эпизоде с матерью и детской коляской Эйзенштейн предусмотрел трэвеллинг. Одесская студия не имела специальной операторской тележки, и приходилось импровизировать с небольшой вагонеткой, передвигая её по деревянным рельсам. Применение трэвеллинга, собственно, и исчерпывалось этим эпизодом. Кадры с движением камеры коротки, но необыкновенно впечатляющи.

Эйзенштейном было найдено множество решений, приёмов, обогативших язык кинематографа. По утверждению киноведов, это и замена пространных характеристик точными деталями, такими, как пенсне судового врача, крест священника. Это и включение в ткань повествования поэтических метафор, яркий пример — «восставшие львы».