Вообще этот фильм стоил Лиозновой многих отношений. На неё был обижен и Иосиф Кобзон, который исполнил знаменитые «Мгновения» и «Песню о далёкой Родине». Лиознова просила певца петь в несвойственной ему манере, так как не хотела, чтобы зритель узнал его по голосу. Кобзона это серьёзно задело, но просьбу он выполнил.
В фильме использовалось много документальной хроники. Для того, чтобы не было заметного перехода от кино к документалистике, Татьяна Лиознова решила делать весь фильм чёрно-белым. Сначала документальных кадров было гораздо меньше, но после показа смонтированного варианта руководству телевидения и чинам разных структур на режиссёра посыпались упрёки от военных. Их обидело ощущение, что войну выиграли преимущественно разведчики. Татьяна Лиознова включила в фильм метры военной хроники, и претензии были сняты.
Главным претендентом на роль Штирлица был Арчил Гомиашвили. У них с Татьяной Лиозновой был роман, да и Юлиан Семёнов одобрил его кандидатуру. Но худсовет сразу отверг Штирлица с гордым грузинским профилем. Актёр настолько обиделся, что Лиознова не отстояла его кандидатуру, что уехал в Тбилиси и роман вскоре закончился…
На роль главного киноразведчика страны пробовались Иннокентий Смоктуновский, Олег Стриженов и Юрий Соломин, но никто из них не был готов отдать проекту несколько лет. В отличие от Вячеслава Тихонова. Актёра пригласили на пробы, загримировали, приделали пышные усы и… режиссёр пришла в ужас. Но её покорило умение Тихонова выразительно молчать и играть взглядом, а пообщавшись она поняла, что лучшего Штирлица не будет.