Владимир Высоцкий сам "забрал" главную роль в картине "Место встречи изменить нельзя".

Производством экранизации романа занялась Одесская киностудия. Алексей Баталов первым выразил желание снять фильм и одновременно сыграть главную роль, но дальше слов дело не дошло — Баталов на студии так и не появился. В итоге режиссёром стал Станислав Говорухин. Владимир Высоцкий, узнав о проекте от Говорухина, сразу направился к братьям Вайнерам и заявил, что роль Жеглова принадлежит ему: «Никто вам лучше меня его не сыграет!» Скептически настроенные писатели поинтересовались, чем хуже другие претенденты — Николай Губенко или Сергей Шакуров? Высоцкий ответил, что они замечательные актёры и могут сыграть даже превосходно, но «вам нужен только Жеглов в моём исполнении». Вайнерам ничего не оставалось, кроме как согласиться и начать работу над сценарием.
Кастинг на роль Жеглова был скорее формальностью для соблюдения процедуры. Говорухин не рассматривал никого, кроме Высоцкого. Всё же на пробы были приглашены актёры высокого уровня — Юрий Кузьменков, Леонид Яновский, Юрий Шлыков. Однако у худсовета вопросов по Жеглову не возникло. А вот поиск актёра на роль Шарапова затянулся. Благодаря этим пробам фильм приобрёл целую плеяду ярких персонажей второго плана. По предложению Высоцкого на роль Шарапова испытал удачу его товарищ Иван Бортник. Сценаристы не увидели в нём героя-милиционера, но утвердили на фактурную роль бандита по прозвищу Промокашка.
С братьями Вайнерами было согласовано участие Евгения Герасимова в роли Шарапова, а Говорухин предлагал на эту роль Сергея Иванова. Однако оба актёра отказались из-за занятости в других проектах. На роль Шарапова пробовались также Сергей Никоненко, Александр Курепов, Юрий Шлыков, Евгений Леонов-Гладышев, Станислав Садальский и Александр Абдулов. Каждому из них нашлось место в фильме: например, Леонов-Гладышев сыграл убитого Васю Векшина, Садальский — карманника Кирпича, а Абдулову досталась эпизодическая роль водителя фургона. В итоге роль Шарапова досталась Владимиру Конкину несмотря на явное недовольство сценаристов его кандидатурой. Коллективная работа с Конкиным оставила у коллег смешанные впечатления.
Владимир Высоцкий активно участвовал в подборе актёров. Благодаря ему Александра Белявского утвердили на роль Фокса вместо Бориса Химичева, которого первоначально выбрали на эту роль. Химичев не вписался в образ героя сороковых годов, и режиссёр оказался в затруднении. Белявский к тому времени планировал отдых на своей новой даче, но после телеграммы с предложением о роли и известия о составе съёмочной группы сразу направился в Одессу. Высоцкий также пригласил Виктора Павлова (Левченко) и Всеволода Абдулова (Соловьёв). Однако ему не удалось добиться утверждения своей супруги Марины Влади на роль Вари Синичкиной — худсовет посчитал её непохожей на советскую женщину.
Александру Белявскому его роль приносила большое удовольствие, однако после этого ему часто предлагали играть исключительно отрицательных персонажей. Однажды на встрече со зрителями к нему подошёл молодой человек и признался, что актёр повлиял на его выбор профессии: после просмотра фильма «Их знают только в лицо» он решил стать водолазом. Белявский с юмором вспоминал: «Какая удача, что он не видел „Место встречи изменить нельзя“, иначе мог бы выбрать карьеру бандита!». Лариса Удовиченко настолько убедительно сыграла Маньку-Облигацию, что после выхода фильма её буквально завалили письмами из тюрем с обещаниями жениться, когда заключённые выйдут на свободу.
Иван Бортник, сыгравший Промокашку, добавлял своему персонажу неповторимые черты. Во время съёмок сцены, где бандиты покидают подвал, все мрачно бросали оружие и отходили в сторону, а Бортник сами неожиданно вышел с истеричной песней про «скамью подсудимых», плевком в Жеглова и резким выпадом в сторону охраны. Вся съёмочная группа была поражена, особенно охранники из настоящей милиции. Они приняли Бортника за случайного нарушителя, попавшего на съёмочную площадку, и заломили ему руки до боли. Зрители, наблюдавшие сцену за оградой, бурно аплодировали.
В одной из сцен фильма должен был состояться бильярдный поединок между Жегловым и модником Копчёным. Ни Высоцкий, ни Куравлёв играть в бильярд не умели, поэтому на помощь пригласили профессионала. Им оказался мастер спорта СССР Владимир Иванов, известный бильярдист Одессы. Актёры лишь позировали с кием над столом, а все сложные удары выполнял Иванов. Подобная замена понадобилась и для Шарапова в сцене игры на пианино. Конкин обещал выучить «Мурку» за неделю, но режиссёр не мог ждать столько времени. В фильме звучит не только «Мурка», но и произведения Шопена — их исполняла музыкальный редактор картины. Чтобы подмена выглядела естественно, её одели в пальто Шарапова, чтобы в кадре были заметны только рукава.
Фильм впервые показали в 1979 году на День милиции, и он получил огромный отклик у зрителей. Во время транслирования пустели улицы, снижалась преступность, а расход воды резко падал — вся страна собралась перед экранами смотреть «Место встречи изменить нельзя». Несмотря на невероятный успех картины, она не получила ни одной премии. Только спустя восемь лет Владимир Высоцкий был посмертно удостоен Государственной премии СССР.