Эффектного Ромео сыграл узбекский артист Рустам Сагдуллаев, который начал актерскую карьеру еще в подростковом возрасте. Быков был настолько впечатлен, что взял актера без кастинга.
Экранную возлюбленную Машу сыграла Евгения Симонова — в тот период артистка разрывалась между съемками и подготовкой к экзаменам, и не замечала, что Рустам в нее влюблен.
Позднее Быков признавался, что у истории любви Маши и Ромео были прототипы в реальной жизни — бомбордировщица Надежда Васильевна Попова и летчик Семен Ильич Харламов.
Именно он выступал консультантом на съемках картины и рассказал о том, как встретил на войне свою возлюбленную.
Интересный факт: в фильме звучит знаменитая песня «очи девочьи». Именно ее Надежда пела раненному Семену.
Ради драматического эффекта Быков решился завершить историю любви героев трагически: за 5 минут до боя Ромео просит у Титаренко разрешения жениться на Маше, ведь оба понимают, что могут погибнуть. Так и происходит. Но в реальности Надежду и Семена ждали еще 45 лет счастливой жизни вместе.
Что до Сагдуллаева и Симоновой, между ними тоже разгорелись искры, но они не могли дать чувствам волю. Лишь спустя много лет после премьеры фильма оба признались друг другу в любви, но было уже поздно.