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.