Леонид Быков в молодости мечтал стать лётчиком, но из-за приписанного возраста и маленького роста (на тот момент — 163 см) не был принят в лётное училище. После того как в начале 70-х Быков перебрался из Ленинграда в Киев, он решил свой первый фильм на новом месте снять именно о военных лётчиках. В соавторстве с Евгением Оноприенко и Александром Сацким им был написан сценарий, основанный на подлинных событиях времён Великой Отечественной войны. Во время работы Быков проконсультировался с большим количеством ветеранов, в результате чего многие персонажи получили реальные прообразы. Например, прототипом командира эскадрильи гвардии капитана Титаренко стали сразу несколько человек: дважды Герой Советского Союза Виталий Попков, Герой Советского Союза Иван Лавейкин, а фамилия и "позывной" «Маэстро» — были взяты Быковым, после того как он узнал о Дмитрии Титоренко — ведомом трижды Героя Советского Союза Ивана Кожедуба, эпизоды из биографии которого были включены в фильм. Также появился в сценарии и Вано — в память о фронтовом друге Кожедуба, отважном грузинском лётчике Вано Габуния, погибшем при таране немецкого истребителя. Прототипом «Смуглянки» стал Виктор Щедронов, друг детства Леонида Быкова, с которым они вместе поступали в лётное училище, и который погиб в апреле 1945 года при освобождении Чехословакии. Прообразом Зои стала Герой Советского Союза Надежда Попова, заместитель командира эскадрильи 46-го гвардейского женского полка ночных бомбардировщиков. Сцена знакомства с девушками, когда лётчики с удивлением обнаруживают, что у гостей больше орденов и медалей, чем у них, действительно имела место. В отличие от своей героини, Надежда Попова прошла всю войну и позже вышла замуж за Героя Советского Союза Семёна Харламова, который выступил главным консультантом фильма. Помимо Титаренко, Виталий Попков стал прообразом лейтенанта Александрова («Кузнечик»). Будущего дважды Героя Советского Союза командир однажды отстранил от полётов на три месяца: лётчик выписывал чрезмерно низкие виражи над аэродромом с целью покрасоваться перед девушками. Для образа Кузнечика также были заимствованы эпизоды из мемуаров дважды Героя Советского Союза Сергея Луганского «Небо остаётся чистым»: «от полётов отстранить, сто грамм не давать, назначить дежурным, вечным дежурным» и сбитый вражеский самолёт во время внезапного налёта немцев. Использовались в сценарии и воспоминания дважды Героя Советского Союза Арсения Ворожейкина, дважды Героя Советского Союза Владимира Лавриненкова и заслуженного лётчика СССР Анатолия Иванова. Нотный стан на истребителе Титаренко был выполнен по аналогии со штурмовиком Героя Советского Союза — Василия Борисовича Емельяненко. Быков писал сценарий, стараясь не слишком отходить от действительных событий. Так, «поющая» эскадрилья действительно существовала в 5-м гвардейском истребительном авиационном полку, и именно там служил Попков. «Поющей» эскадрилья была названа, потому что в ней имелся собственный хор, а два самолёта были подарены фронту оркестром Леонида Утёсова. Кроме того, что за мужество и героизм в боях 11 из 14 лётчиков эскадрильи были удостоены звания Героя Советского Союза, большое внимание уделялось и культурной жизни. На освобождённых территориях хор давал пользовавшиеся огромной популярностью концерты, а в 1944 году, в Краматорске, на один из таких попал, будучи подростком, Леонид Быков. В тот день местные подростки отблагодарили ветеранов собственным концертом, и Быков был в составе хора, ведущим вокалом которого был будущий знаменитый певец — Иосиф Кобзон. Имели место и трагическая история любви узбекского лётчика (настоящая фамилия — Марисаев) и русской девушки (в отличие от своей героини, она не была лётчицей и погибла при бомбёжке столовой), привычка механика крестить перед вылетом самолеты, попадание Маэстро в плен к своим и фраза «Я бы, товарищ командир, ещё больше фрицев сбил, да вы своим нижним бельем всех фрицев распугали». Ветераны особого отдельного 434-го истребительного полка утверждали, что эпизод из фильма, когда Титаренко возвращается в полк после боя не на самолёте, а на лошади («махнул не глядя!») — взят из реальной жизни: под Сталинградом был сбит и вернулся ночью на коне летчик из их полка Александр Александров. Точно так же ветераны 1-й гвардейской авиадивизии поведали, что когда в фильме показывают, как Титаренко обнаруживает замаскированные под копнами сена немецкие танки, то имеется в виду их боевой товарищ и командир — Герой Советского Союза гвардии майор Степан Прутков. Название фильму дала традиция лётчиков не пускать сразу в воздушный бой вновь прибывшее пополнение, давая им «налетать» опыт. Например, сам Виталий Попков, прибыв на фронт в 1941 году, начал совершать боевые вылеты только в 1942 году. Законченный сценарий был отвергнут чиновниками Госкино Украины, так как был признан «негероическим». Тогда Быков стал зачитывать отдельные куски сценария во время гастролей в разных городах Советского Союза. Это неизменно вызывало у зрителей восторг, что убедило Быкова в своей правоте. Постепенно за сценарий стали вступаться участники Великой Отечественной. В частности, 14 ноября 1972 года на киностудию Довженко прислал письмо начальник штаба войсковой части № 55127 полковник Лезжов, который охарактеризовал сценарий как «честный рассказ о войне и о людях, которые добыли в ней победу». Сам Леонид Быков так писал о фильме: «Почему героями мы выбрали именно летчиков? Трудно сказать. Может быть, потому что сам я учился в авиационном училище, мечтал о полетах и до сих пор восхищаюсь представителями этой героической профессии. Разговаривая с летчиками, участниками боев, мы поняли одну очень важную для нас вещь. В жестоком горниле войны, в беспощадном ее пламени старшие опытные товарищи стремились, где это было возможно, сберечь молодых и неопытных соколят. В этом была высшая мудрость — забота о будущем, извечное право и долг сильных охранять, растить и воспитывать — себе смену. Так родилась тема «В бой идут одни „старики“». И другая — не менее дорогая нам. Известная мудрость гласит: «Когда говорят пушки, музы молчат». Мы же хотели доказать, что в годы испытаний побеждают те, кто остается людьми в самых жестоких условиях, кто берет с собой в бой все светлое, человечное, за что и ведет битву с врагом. А что может быть прекраснее музыки? Недаром герои «второй, поющей эскадрильи» любят повторять: «Войны преходящи, музыка вечна!». Злобе, человеконенавистничеству фашизма наши герои противопоставили высокий гуманизм, творческое созидательное начало, заложенное в человеке. Нам хотелось создать этот фильм в память о тех, кто не вернулся с войны, и в благодарность живым, выстоявшим эту жестокую битву. Поэтому с особой трепетностью и волнением показываем мы свою картину ветеранам войны. И лучшая награда для нас, когда они говорят: «Да, это было так».