Продолжение фильма «Любовь земная». В жизнь неуемного Захара Дерюгина, безоглядно любящей Мани Поливановой, терпеливой Фроси, жены Захара, секретаря обкома партии Тихона Брюханова и многих, многих других их современников ворвалась война.
Для Фроси и Мани — это бесконечно мучительная жизнь в оккупации; для Захара — фронт, плен, побег и приход к партизанам; для Брюханова — беспощадная борьба с врагом за линией фронта. Все они олицетворяли русский народ, его патриотический дух.

Леонид Быков поступал в летную школу в 1945 году, но малый рост не позволил ему стать летчиком.
Быков осуществил свою давнюю мечту и освоил управление самолетом во время съемок картины.
Поющая эскадрилья на самом деле существовала во время Великой Отечественной войны.
Студентка театрального института Евгения Симонова снималась во время учебы — на съемочную площадку ее привела мама.
Государственные чиновники долго не принимали сценарий фильма, вначале производства картины для съемок выделили всего один самолет. После того как сценарий фильма очень понравился одному из маршалов авиации — на площадке появилось ещё два самолета.
В роли «догорающего мессера», сбитого «Кузнечиком» был использован планер КАИ-12 «Приморец».
История Героя Советского Союза Надежды Поповой и Героя Советского Союза Семёна Харламова легла в основу любовной линии фильма.
Еще в 1967 году Леониду Быкову предложили поставить картину о летчиках по сценарию Владимира Кунина «Хроника пикирующего бомбардировщика». Однако он непременно хотел включить в нее песню Смуглянка, что было категорически отвергнуто Куниным. Свой замысел о летчиках, поющих «Смуглянку», Быков воплотил в ленте «В бой идут одни «старики».
Руководство Госкино запретило фильм, ссылаясь на то, что он на самом деле не о Войне. Однако когда сценарий показали командующему ВВС СССР Александру Покрышкину, он прямо на весь лист поставил резолюцию: «Вот это и есть война!».
Занимает по посещаемости 61-е место среди отечественных фильмов за всю историю советского кинопроката.
Изначально Леонид Быков хотел снимать фильм цветным. Но цветная пленка, которая лежала на студии Довженко, давалась только на соцреалистические фильмы. Быкову говорили: если будешь снимать под заказ фильм о трактористах – дадим цветную пленку. На фильм о войне дали только черно-белую.
Роль советских истребителей в фильме исполняют учебно-тренировочные самолёты Як-18, роль Мессершмитта — чехословацкий спортивно-пилотажный Злин Z-326 Акробат. Пилотированием занимались лётчики ДОСААФ. Настоящие истребители времён второй мировой появляются только на вставках с кинохроникой.