Роль Тоси потребовала у Юрия Чулюкина его тогдашняя жена — Наталья Кустинская. Чулюкин отказывался, так как Кустинская была слишком красива для Тоси, но, чтобы не обидеть, всё-таки снял пробы с ней, заведомо зная, что худсовет утвердит Румянцеву.
На роль Ильи первоначально был утверждён Вячеслав Шалевич, но Рыбников специально для кинопроб похудел на 20 кг и роль стала его. Перед Шалевичем извинились, но он не обиделся, а даже похвалил Рыбникова, сказав, что похудение считает верхом героизма.
По задумке режиссёра на экране Илья выглядит значительно старше Тоси. На самом деле актёры Рыбников и Румянцева — одного года рождения (1930), мало того, Румянцева старше Рыбникова на 3 месяца.
Особенно хорошо Рыбникову и Румянцевой удавались сцены, где их герои ссорятся, так как во время съемок они действительно были «на ножах» — Рыбников очень переживал, что в фильме не нашлось роли для его жены Аллы Ларионовой. На роль проверяющего из района режиссёр пригласил без кинопроб своего давнишнего друга, однокурсника Владимира Гусева, но тот отказался.
Поселок лесорубов снимали в павильонах Мосфильма, натуру — в настоящем леспромхозе в Оленинском районе Тверской области, а финал — в Ялте.
Инна Макарова (Надя) до сих пор плохо отзывается о фильме — ей очень не понравилось, что режиссёр вырезал финальный эпизод расставания Нади с Ксан Ксанычем: Надя не любила его и осталась ждать настоящего чувства.
Многие считают песню «Старый клён» народной. На самом деле её написали поэт Михаил Матусовский и композитор Александра Пахмутова.
В конце 1990-х режиссёр Светлана Дружинина (Анфиса) в одном из интервью высказывала идею снять продолжение «Девчат», но дальше разговоров дело не дошло.
В фильме исполнялась песня «Хорошие девчата» (тех же авторов, что и «Старый клен»), ставшая после премьеры очень популярной.
На роль Нади пробовалась Валентина Талызина, но она не попала в типаж. Режиссёр хотел снимать Маргариту Криницыну, с которой был знаком ещё со ВГИКа. Но её кандидатуру отклонил худсовет.
Фильм снят по одноименной книге Бориса Бедного.
Героине Румянцевой по фильму 18 лет, а актрисе на момент съемок уже исполнилось 30.
Сцена с поездом снималась в Рязанской области в Спас — Клепиках. (Перегон между Спас-Клепиками и Пилево) Действующая узкоколейная ЖД была в близ Москвы в Рязанской области, где шел вал леса. Туда направилась съемочная бригада. Съёмки заняли 2 дня. Для съемок ничего не строили (только прибили одну табличку с наименованием станции. В фильме она не читается). В поезде использовались статисты — местные жители. По плану съёмки должны были проходить — 1 день, но в день съёмок была плохая погода, съёмки перенесли на следующий день.

Виктор Середа, школьный авторитет во всем, что касается точных наук, рассказывает о своем проекте полета к созвездию Кассиопеи на космическом корабле «Заря».
Собственно, ничего бы не произошло, если бы вдруг не появилась некая загадочная личность, представившая себя как И. О. О., что означает исполняющий особые обязанности.
Как выяснилось, из детей не старше 14 лет набирается команда (шесть человек) для… полёта в космосе. Почему дети должны быть младше 14 лет? Да потому, что полёт туда и обратно для детей займёт больше пятидесяти лет, а на Земле и то пройдут столетия. И всё бы шло по плану, если бы на корабле не оказался седьмой участник — тайком пробравшийся туда хулиган Федя Лобанов, создатель суперклея…

Эпизод, в котором ИОО бросает камушек по воде - отсылка к аналогичному эпизоду из фильма «Ночной гость» (1958 г.) снятого по одноименному рассказу Ю.Нагибина. В обоих фильмах герой Смоктуновского появляется ночью, неожиданно и незванно. В фильме «Маленькие трагедии» Михаила Швейцера (в котором тоже снимался Смоктуновский) камушек по воде бросает Мефистофель.

С планеты Альфа созвездия Кассиопея на Землю были посланы сигналы бедствия. В соответствии с проектом Виктора Середы туда отправляется экспедиция. Команда формируется из подростков не старше 14 лет, чтобы к концу полета экипаж составляли космонавты в самом расцвете сил. Но из-за безответственного поведения космического зайца Лобанова корабль оказывается у конечной цели значительно раньше намеченного срока.
Экипаж юных астронавтов оснащен поистине уникальной техникой — тем не менее ему предстоит преодолеть множество сложных проблем и проявить исключительную изобретательность…