Фильм «Белорусский вокзал» о встрече фронтовых друзей снял молодой режиссёр Андрей Смирнов. В 60-х годах его отец — писатель Сергей Смирнов — был ведущим программы «Рассказы неизвестных героев» и многие годы посвятил поискам солдат, совершивших подвиги во время войны, и реабилитации военнопленных. Смирнов лично знал многих ветеранов, с которыми встречался его отец.

Сценарий драматурга Вадима Трунина уже какое-то время лежал на киностудии «Мосфильм», но не удавалось найти режиссёра. Предложили Ларисе Шепитько — её работа не заинтересовала, другие режиссёры так же ответили отказом. Трунин несколько раз переписывал сценарий по требованиям киностудии, но в результате с ним вообще расторгли договор. Сценаристу повезло, что Андрей Смирнов успел ознакомиться с его работой и нашёл Трунина в киноэкспедиции в Средней Азии, чтобы сказать о своём желании снять фильм. Они переписали сценарий и упорно ходили с ним по киностудиям, но «приютила» их только экспериментальная студия Григория Чухрая.

Съёмки фильма несколько раз останавливали — создателей обвиняли, что они снимают упадническое кино, в котором бывшие фронтовики выглядят «неприкаянными». Сценарий дорабатывали по ходу съёмок: вставили историю с газовой аварией, вычеркнули несколько эпизодов, в том числе и с дракой в ресторане. По задумке сценариста, фронтовые друзья поссорились с компанией молодежи и, вспомнив своё десантное прошлое, положили наглецов лицом в пол. Оттуда всех забрали в милицию, но ветераны скрутили охрану и ушли… Этот эпизод запретили снимать, посчитав его порочащим честь милиции.

Режиссёр и сценарист с самого начала решили приглашать на главные роли известных артистов. Роль слесаря Ивана Приходько была написана специально для Евгения Леонова, но ради порядка сделали пробы ещё и Николая Рыбникова. Остальные актёры были утверждены в результате долгих проб. Бухгалтера Дубинского могли сыграть Николай Гринько или Иннокентий Смоктуновский, директором комбината могли стать Михаил Ульянов, Всеволод Санаев и даже режиссёр Эльдар Рязанов, а на роль журналиста пробовались Армен Джигарханян и Леонид Кулагин. В результате были утверждены Анатолий Папанов, Всеволод Сафонов и Алексей Глазырин.

На роль фронтовой медсестры пробовалась Ия Саввина. Она очень хотела сниматься, но когда оказалась в компании Леонова, Папанова, Сафонова и Глазырина, то почувствовала себя «чужой». Саввина сказала, что не может быть однополчанкой людей этого поколения, и предложила попробовать на роль Нину Ургант. Актрису пригласили на пробы, но ответа ей так и не дали… Ургант ждала почти год, а потом прочитала в газете, что съёмки фильма «Белорусский вокзал» закончены. Но не успела актриса расстроиться, как ей позвонил режиссёр фильма и попросил срочно приехать на вторую пробу. Оказалось, что он снял всё, кроме сцен с бывшей медсестрой Раей.
Смирнову пришлось отстаивать кандидатуру Нины Ургант перед руководством киностудии — там заочно утвердили Инну Макарову, так как её пробы очень понравились министру культуры Екатерине Фурцевой. Режиссёр сказал, что в таком случае отказывается от работы, и через три дня начальство пошло на попятную.

Актёры долго не представляли, что получится в результате работы, так как режиссёр снимал сцены не по порядку. К 29-летнему режиссёру первое время вообще относились скептически, но он сумел завоевать расположение мэтров, и потом актёры с удовольствием вспоминали дружескую атмосферу на съёмках. Очень выручали режиссёра Евгений Леонов и Анатолий Папанов — прирождённые комики умели разрядить обстановку в случае недопониманий.

Написать песню для фильма сценарист попросил Булата Окуджаву. Бард сначала отказался, сказал, что больше песен не пишет, надоело. Но его попросили посмотреть черновой материал фильма и потом принять окончательное решение… После просмотра Окуджава сказал, что берётся за работу, и специально для Нины Ургант написал песню «Нам нужна одна победа».
Сама же актриса очень хотела спеть что-нибудь из репертуара Шульженко, например, «Синий платочек», но спорить с режиссёром не решилась. Она прониклась песней Окуджавы только после того, как на репетиции увидела слёзы на глазах у актёров. После этого самым сложным было выполнить требование режиссёра не плакать самой…
Оркестровую аранжировку песни написал композитор Альфред Шнитке, но настоял, чтобы и в фильме, и на всех пластинках автором музыки указывался только Булат Окуджава.