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.

В основе сюжета лежит один из решающих этапов Великой Отечественной войны — форсирование советскими войсками Днепра в 1943 году. Два батальона брошены в гибельный прорыв на занятый немцами берег реки с целью отвлечь на себя силы противника и тем самым облегчить дивизии бросок на стратегически важный город Днепров.
Основные соединения должны поддержать их артиллерийским и авиационным огнем. Однако командование внезапно меняет план наступления, оставляя батальоны без огневой поддержки, чем обрекает их на верную гибель. Более того, солдатам отдан приказ держаться до последнего.

Накануне своего сорокалетия герой фильма пытается подвести итоги прожитых лет. Увы: он подводит их, а они подводят его. Ничто не приносит ему удовлетворения и счастья: ни любящая жена, ни юная любовница, ни друзья, ни работа…

Балаян рассказывал, что во время съемок «Полетов во сне и наяву» на площадке звучала музыка из фильма «Восемь с половиной» - целью режиссера было создание такого же настроения.
В фильме вместо Янковского поначалу должен был сниматься Никита Михалков.

Они погибли в 1944 году, их было всего восемнадцать человек — комсомольский взвод, остановивший колонну немецких танков.
Трагическое и комедийное, героическое и лирическое сплелись на экране в необычную ткань повествования об отцах, навсегда оставшихся молодыми, и о детях, пришедших туда, где ровно тридцать лет назад приняли свой последний смертный бой самые родные для них люди…