Проведення першого Всеукраїнського перепису населення, як це й передбачалося згадуваним вище розпорядженням Кабінету Міністрів України, було розпочато о 8 годині ранку 5 грудня 2001 року. Опитування респондентів тривало 10 календарних днів. Дата проведення Всеукраїнського перепису населення визначалася, виходячи з міжнародного та національного досвіду, який стверджує, що подібні масштабні демосоціальні спостереження бажано проводити у періоди найменшої міграції населення. У нашій країні традиційно такими періодами вважалися перша половина грудня або друга декада січня. Виходячи з цього, критичним моментом першого національного перепису населення було визначено 12 годину ночі з 4 на 5 грудня 2001 року. Разом з цим, трохи забігаючи наперед, слід зазначити, що практика засвідчила: з огляду на несприятливі погодні умови, короткий світовий день, велику вірогідність захворювань через загрозливу епідеміологічну ситуацію, що мала місце у деяких регіонах, а також об’єктивні ускладнення у здійсненні розрахунків з переписним персоналом за виконані роботи, зважаючи на кінець фінансового року, грудень виявився не дуже придатним місяцем для проведення суцільного опитування населення. На думку більшості територіальних органів державної статистики, у подальшому було б доцільніше здійснювати переписи населення наприкінці жовтня або у листопаді. При цьому визначати період проведення опитування населення таким чином, щоб упродовж нього мали місце не два, а чотири вихідні дні.
За обраною методологією перепису підлягали всі громадяни України, іноземці та особи без громадянства, які на встановлену дату знаходилися на території України, а також громадяни України, які на цю дату перебували за її межами. Населення переписувалося за місцем свого фактичного (постійного або тимчасового) проживання, при цьому воно могло збігатися або не збігатися з "юридичним" місцем проживання опитуваного, тобто з тим місцем, де означена особа була прописана або зареєстрована. Опитування не залежало від наявності у респондента прописки (реєстрації) та її характеру (постійна або тимчасова) і права на житлоплощу в даному або іншому приміщенні.
Перепис здійснювався спеціально підготовленими обліковцями шляхом опитування населення та запису у переписну документацію (форму 1 "Список проживаючих у приміщенні членів домогосподарства та їх житлові умови"; форму 2С "Переписний лист" та форму 3 "Переписні документи на приміщення") наданих респондентом відомостей без їх документального підтвердження. Форми 1, 2С і 3 заповнювалися обліковцями під час обходу кожного з приміщень, де жили або могли жити люди, включаючи приміщення, що були зайняті підприємствами, організаціями й установами.
Записи велися по домогосподарствах. У разі відсутності в приміщенні під час приходу обліковця когось із респондентів, обліковець мав повноваження записати до переписної документації відомості про нього зі слів інших членів домогосподарства, якщо вони могли надати вичерпні відповіді на всі запитання, що містяться в формах 1 і 2С. Якщо надати необхідних відомостей про відсутнього члени домогосподарства не могли, обліковець був зобов’язаний записати до форм 1 і 2С прізвище, ім'я, по батькові відсутнього респондента і опитати його особисто під час повторного відвідування, або, у крайньому разі, по телефону. Відомості про членів домогосподарства, які підлягали перепису населення в даному приміщенні, але були відсутні в ньому у повному складі протягом усього періоду опитування, обліковець міг одержати від сусідів, домової адміністрації, у сільраді.
Використаний під час перепису метод спостереження – опитування респондентів у вигляді інтерв'ю – був визнаний найбільш вдалим, хоча у майбутньому, на думку багатьох територіальних органів статистики, не виключена можливість успішного застосування комбінованого метода: опитування населення за допомогою інтерв’юерів та самообчислення респондентів.
Зважаючи на законодавчо визначену конфіденційність первинних (персональних) даних перепису населення переписному персоналу категорично заборонялося повідомляти будь-кому (крім самої опитуваної особи) зміст заповненого переписного документа. Крім того, усі працівники, які залучалися до робіт з перепису населення, були попереджені про встановлену чинним законодавством відповідальність за порушення порядку використання первинних персональних даних щодо фізичних осіб або надання такої інформації іншим особам, а також порушення інших вимог стосовно забезпечення захисту персоніфікованої конфіденційної інформації перепису населення.