Снять фильм по повести Кира Булычева режиссеру Павлу Арсенову посоветовали... школьники. Именно это произведение стало лидером опроса на тему «Какую книгу вы хотели бы увидеть на экране?», проведенного режиссером во время творческой встречи с учениками одной из московских школ. Исполнителей главных ролей искали и в картотеках киностудий, и в обычных школах. Алеша Фомкин попал на роль Коли Герасимова из «Ералаша». Марьяна Ионесян (Юля Грибкова) занималась в детском театре. А вот с исполнительницей роли Алисы пришлось помучиться. Позже Павел Арсенов вспоминал: «На эту роль пробовалось много девочек. И вот однажды приходит ассистент и говорит: «Посмотрите, кого я к вам привела!» И я вижу маленькое застенчивое существо с синими бездонными глазами. «Вот она, Алиса!» — обрадовался я. И не ошибся. Выражение глаз московской, пятиклассницы Наташи Гусевой было именно такое, про которое ребята скажут в фильме: «Смотрит-то как! Не по-нашему».

— В фильме снималось одиннадцать детей, — вспоминает Наталья Гусева. — Мы всему учились у взрослых. Вячеслав Михайлович Невинный, который играл Весельчака У, бегал дубль за дублем в толстом свитере и ни разу не сказал, что устал. И рядом с ним нам просто неудобно было работать недобросовестно.
Помните эпизод, когда из подъезда выходит «двойной» человек? По идее в этом кадре я должна была сидеть на шее у Марьяны. Но Павел Оганезович разбудил спящего в автобусе Алешу Фомкина и нарядил его в Марьянин костюм. Меня посадили на него. Сверху — плащ. Алешка ничего не видит, идет неровно, из кадра выпадает. Мне пришлось тихонько командовать: «Левее, правее». И все это снимали почти целый день.
Мне запомнилось, как на пробах мы с Марьяной показывали сцену в больнице. На меня надели пижаму, которая оказалась мне велика. Но одежду решили не укорачивать. А почти через три года мы снимали в больнице финальную сцену и на меня надели ту же пижаму. И выяснилось, что я из нее ужасно выросла.

Замечательную музыку к фильму написал композитор Евгений Крылатов, которому 23 февраля исполняется 70 лет.
— С Павлом Арсеновым мы познакомились в 1974 году, — вспоминает юбиляр. — С тех пор я писал музыку ко всем его фильмам, вплоть до последней картины «Волшебник Изумрудного города». Песню «Прекрасное далеко» сначала записали с какими-то девицами из хора. Арсенову музыка понравилась, а вот по поводу исполнения он сказал: «Так не пойдет». Мы пригласили певицу Таню Гасковскую. Она спела так, что песня, прозвучав в фильме лишь однажды, тут же разнеслась по всей стране.