За дело взялся русский колокольный мастер Иван Фёдорович Маторин. Чертежи были сделаны тоже русскими мастерами, и в январе 1733 работы в Кремле уже начались. Работа кипела на Ивановской площади, и работало 100 человек: каменщиков, печников, кузнецов, плотников и других ремесленников. Эти подготовительные работы продолжались до осени 1734, и ими очень интересовалась императрица, хотя сам мастер Маторин и терпел большую нужду. 26 ноября в 4 часа, после молебна, затоплены были печи. К ночи медь стала растапливаться, топилась до утра, и затем в печи были добавлены олово и медь. Всё шло хорошо, но вдруг в ночь на 29-е число, в 11 часов, у двух печей медь ушла под поды. Маторин с товарищами решили добавить меди. С разрешения графа Салтыкова, тогдашнего главнокомандующего Москвы, начали бросать в печи старые колокола, олово, полушки, но медь в конце концов прорвалась и в остальных печах. Маторин отводил медь в запасные ямы, выкапывал новые, но отлитие колокола не удалось. В довершение всего загорелась ещё деревянная машина над формой, и пожар чуть было не принял больших размеров. О несчастном событии донесли императрице, которую неудача весьма опечалила. Но Маторин снова принялся за работу. Однако он вскоре умер, поручив дело своему сыну Михаиле, который и раньше был его деятельным помошником. В это же время наблюдение за литьем колокола было поручено князю Ивану Барятинскому.

В ноябре 1735 всё было опять готово к литью колокола, и 23 ноября назначено было растопить печи. На этот раз были приняты особенные меры предосторожности: из полиции было вытребовано 400 человек команды с пожарными трубами. По окончании литургии в Успенском соборе коломенский архиепископ Вениамин обошёл крестным ходом все постройки и печи, устроенные для литья колокола, и, отслужив молебен, сам затопил первую печь. 25 ноября 1735 литьё Царь-колокола совершилось благополучно, о чём и засвидетельствовано в архивном деле по этому поводу. На самом же колоколе была сделана лишь краткая надпись: "Лил сей колокол российский мастер Иван Федоров сын Маторин с сыном своим Михаилом Материным". В надписи на Царь-колоколе значится, что он вылит в 1733, но это год изготовления формы. Литье Царь-колокола стоило, кроме материала, 62 тысячи рублей, и колокол далеко превзошёл величиной и весом все существовавшие колокола в мире. Вес его 12 327 пудов и 19 фунтов, вышина 19 футов 3 дюйма, окружность 60 футов и 9 дюймов, толщина стен 2 фута.

Царь-колокол после своего отлития находился в родной своей яме, покоясь на железной решётке, утверждённой на двенадцати дубовых сваях, вбитых в землю. Над ямой находился деревянный сарай для прикрытия колокола. 29 мая 1737 в Москве сделался страшный пожар, известный под названием Троицкого. Распространяясь со страшной быстротой, пожар охватил и кремлёвские здания. Загорелась, разумеется, и деревянная постройка над ямой, в которой стоял Царь-колокол, в яму начали падать горящие брёвна. Сбежавшийся народ, чтобы спасти колокол, за который боялись, что он расплавится, стал изо всех сил заливать водой раскалённый металл. Огонь потушили, но испортили колокол: один его край не выдержал резкого охлаждения и откололся. Это увидели, когда стали расчищать яму.

23 июля 1836 Монферрану удалось поднять колокол и установить его на пьедестал.