Фильм снят по мотивам повести Бориса Бедного «Девчата» (1961).
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 килограмм, 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.
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 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.
К 50-летию комедии в Краеведческом музее Яйвинского городского поселения устроили выставку — любовно собрали старые, сохранившиеся у местных жителей, черно-белые снимки и прикрепили на стенд. Так же бережно в Яйве хранят истории, связанные со съемками.
Бензопилы, которые использовались при съёмке фильма, были сделаны на Заводе имени Дзержинского («ЗиД») в городе Пермь. В советское время завод был одним из крупнейших в Дзержинском районе Перми. А пилы носили известное и по сей день название «Дружба».
Натурные съёмки начались на Среднем Урале, в поселке Яйва Пермской области. Специально для съемок здесь ничего не строили, столовая была действующая. Ночевали актеры в конторе бывшего леспромхоза, пришлось там все переоборудовать, и кабинеты превратились в спальни.
Когда по поселку прошел слух о том, что здесь будут снимать фильм, со всех соседних сел сбежались девушки, чтобы посмотреть на живого Николая Рыбникова. Всем хотелось узнать, есть ли у него жена. А одна из главных героинь фильма Надежда Румянцева и вовсе не отличалась от поселковых девушек. Во время съемок стояли трескучие морозы, всем приходилось кутаться в теплые тулупы, а Рыбников чуть не пострадал из-за огромного холода. Когда снимали сцену, в которой Тося приносит лесорубам обед на делянку, Николай Рыбников взял алюминиевую ложку, к которой прикоснулся языком. Ложка примерзла к языку, и оторвать ее не было возможности. Пришлось останавливать съемки и спасать актера.
Вижай — старинная деревня на правом берегу р. Яйва примерно в 8 км. к северу от поселка Яйва. В 1961 жители приняли активное участие в массовых сценах при съемке фильма «Девчата». В 1962 г. в вижайском доме культуры состоялся первый показ фильма, на котором присутствовали режиссер Ю. Чулюкин и главные актёры.
