В какой-то момент режиссер даже сам от безысходности хотел сыграть главную роль, но случайно увидел по телевизору картину «Дорогой мой человек» с Алексеем Баталовым и решил пригласить его сниматься в фильме «Москва слезам не верит».
Баталов принял предложение без энтузиазма: сценарий его не впечатлил, образом героя он не проникся. Но после долгих раздумий всё-таки согласился, и, как оказалось в дальнейшем, совершенно не зря.
Главной же претенденткой на роль Катерины была Маргарита Терехова. Вероятнее всего, именно она и снялась бы в фильме, если бы не получила на тот момент предложение сыграть Миледи Винтер в картине «Д'Артаньян и три мушкетера».
Актриса не хотела работать одновременно над несколькими ролями, поэтому сделала выбор не в пользу картины Меньшова, который в дальнейшем после длительных поисков всё же утвердил на роль главной героини свою жену Веру Алентову.