Идея снять этот фильм пришла в голову Леониду Быкову давно. В годы войны он мечтал стать летчиком, однако из-за маленького роста его не взяли в летное училище. Но любовь к людям этой героической профессии продолжала жить в нем постоянно.
В соавторстве с двумя сценаристами — Евгением Оноприенко и Александром Сацким — им был написан сценарии, основанный на подлинных событиях времен Великой Отечественной воины. В частности, под личностью командира эскадрильи гвардии лейтенанта Титаренко (он же Маэстро) скрывался Герой Советского Союза Виталий Попков. В годы войны он служил в легендарном 5-м гвардейском истребительном авиационном полку, и его эскадрилья была прозвана «поющей» за то, что в ней имелся собственный хор, а два самолета были подарены фронту оркестром Утесова, и на одном красовалась надпись «Веселые ребята».
Когда Быков писал сценарий, он старался не слишком отходить от действительных событий, хотя кое-что все-таки домыслил и изменил. Например, он придумал новый персонаж — Кузнечика. На самом деле низкие виражи над аэродромом перед девушками выделывал не кто иной, как сам Попков, за что командир приказал запретить ему боевые вылеты на месяц. Но таких отклонений от реальных событий в сценарии было немного, и львиная доля того, что мы видим в фильме, — правда
Это и любовь узбекского Ромео (настоящая фамилия летчика была Марнсаев) к русской Джульетте, и их последующая гибель (девушка погибла во время бомбежки столовой, а Ромео сложил голову в одном из боев), и привычка механика крестить перед вылетом самолеты, и попадание Маэстро «в плен» к своим…
Съемки фильма начались 22 мая 1973 в павильоне студии Довженко в декорациях «блиндаж КП» и «блиндаж комбата». Затем съемки переместились на натуру: в конце мая начали снимать воздушные бои «яков» с «мессерами».
В начале июня начали снимать эпизоды «на аэродроме». Поскольку Быков не любил, когда его дублировали, он все трюки старался делать сам. И за время съемок вполне прилично освоил управление самолетами. Правда, в воздух он их не поднимал, но зато самостоятельно запускал двигатель и рулил по аэродрому.
В середине сентября группа вновь перебазировалась на киностудию имени Довженко, где предстояло отснять павильоны. Так, 20-24 сентября снимался эпизод в декорации «столовая»: Кузнечик, мастерски завалив «мессера» на глазах родной эскадрильи, приходит в столовую, где товарищи устраивают ему торжественный прием.
В эти же дни был отснят и другой «столовый» эпизод: когда летчики «второй поющей» поминают погибшего Смуглянку. В последующие несколько дней были отсняты эпизоды в декорациях: «хата девчат», «палатка», «хата 2-й эскадрильи». Параллельно снимались воздушные бои.
Съемки фильма закончились в середине октября, после чего начался монтаж. 27 декабря состоялась сдача ленты в Госкино Украины. На нее были приглашены не только высокие чины украинского кинематографа, но и те, о ком, собственно, и рассказывал этот фильм — летчики-фронтовики. Одним из них был прославленный советский ас, трижды Герой Советского Союза Александр Покрышкин. Лента его буквально потрясла. Когда в зале зажгли свет, от присутствующих не укрылось, что Покрышкин вытирает слезы.
А потом картину посмотрел и сам прототип Маэстро Виталий Попков. Вот его рассказ об этом: «Был по службе в Киеве, позвонил Лене Быкову, поехали с ним в Министерство культуры Украины, прокрутили фильм. Министр упорствует: что это за фильм, говорит, люди не возвращаются с боевых заданий, гибнут, а живые песенки распевают. И резюмирует: такого на фронте не было и быть не могло. Спрашиваю министра: был ли он сам на фронте? Логика чиновника удивительна: не был, отвечает, но знаю. И тогда я рассказал министру, что летал на одном из двух самолетов, купленных на деньги джаза Утесова и подаренных нашему полку. И что Леонид Осипович со своими музыкантами приезжал к нам на аэродром, и мы вместе играли и вместе пели. Убедил. На него подействовали, наверное, не столько мои доводы, сколько генеральские эполеты и две геройских Звезды…»
Во многом именно благодаря хорошим отзывам бывших фронтовиков, успевших посмотреть фильм до его выхода на широкий экран, Госкино СССР приняло решение поощрить создателей картины. 6 февраля 1974 года был издан приказ о выплате им денежного вознаграждения. Это было справедливое решение, если учитывать, что лента была снята с большой экономией средств: из отпущенных на ее постановку 381 тысячи рублей было потрачено 325 тысяч. В числе поощренных было 39 человек. При награждении особо выделили режиссера-постановщика Леонида Быкова: ему выплатили 200 рублей премии и присвоили звание «режиссера-постановщика 1-й категории» (для примера: актерам А. Смирнову, В. Талашко и С. Иванову выплатили по 50 рублей).
На широкий экран фильм вышел 12 августа 1974 года. И уже к концу года собрал на своих сеансах 44 миллиона 300 тысяч зрителей.