В фильме рассказывается о боевых буднях гвардейского истребительного авиационного полка во время Великой Отечественной войны, в основном — второй, «поющей», эскадрильи.
Советские войска начали освобождение Украины. Из боевого вылета возвращаются лётчики-истребители и, не успев даже толком пообедать, отправляются в бой снова. Он был тяжёлым, но вернулись все, кроме командира второй эскадрильи капитана Титаренко по прозвищу «Маэстро» (Леонид Быков). Однако, когда уже все, кроме его механика Макарыча (Алексей Смирнов) перестали ждать — бензин в баке кончился сорок минут назад — на лётное поле сел «Мессершмитт», а в нём — Титаренко. Его действительно сбили за линией фронта, но атаковавшая в тот момент пехота выручила пилота, а ребята с аэродрома подскока подарили ему трофей.
На следующий день в полку распределяли по эскадрильям только что прибывшее пополнение. Несколько новичков (Александров — «Кузнечик» (Сергей Иванов), Щедронов — «Смуглянка» (Сергей Подгорный), «Ромео» (Рустам Сагдуллаев) попросились в знаменитую вторую эскадрилью. Проверить пополнение в небе сразу не получилось: срочный вылет на защиту переправы от пятидесяти бомбардировщиков с прикрытием. В этот вылет новичков, конечно, не взяли: им ещё надо учиться летать, в училище их готовили по ускоренной («взлёт-посадка») программе.
На базу вернулись все, тем не менее «Маэстро» был недоволен: уже не в первый раз его ведомый, старший лейтенант Скворцов (Владимир Талашко), вышел из боя без приказа. После серьёзного разговора выяснилось, что он после случая, когда был сбит в лобовой атаке немцем, подсознательно боится боя; в полёте всё в порядке, но, когда начинается бой, на него что-то находит. Когда очнётся — бой уже далеко в стороне. Скворцов просил списать его в пехоту, в штрафбат, но Титаренко сжёг рапорт.
Прошло несколько дней, новички стали летать, Александров успел разбить один самолёт (и был отстранён от полётов), «Ромео» — влюбиться в Машу (Евгения Симонова), лётчицу У-2, совершившего на их аэродроме вынужденную посадку, «Маэстро» — слетать на трофее на разведку (и получил рекомендацию «готовить дырочку» для ордена). Когда пополнение (кроме «Кузнечика») было готово к первому бою, Титаренко отправился на повторную разведку и был сбит своими же — его на трофейном «Мессере» приняли за немца, который любил стрелять по медсанбату. Вернувшись в полк, он узнал, что погиб один из молодых лётчиков — «Смуглянка». Со своим ведущим тот отрабатывал слётанность в паре и над аэродромом был сбит немецкими «бубновыми» «Фоккерами». Выполняя наказ замполита показать молодому пополнению, что "бубновые" асы Геринга тоже можно успешно сбивать, а также чтобы отомстить за "Смуглянку", «Маэстро» вызвал на бой «бубновых асов». Ведомым он взял Скворцова и в самом начале боя сказал, что отказало оружие. Выручая ведущего, Скворцов сбил первого немца за долгое время, что помогло ему справиться со своим страхом. По команде комполка на помощь им взлетела вся вторая эскадрилья. Для «зелёных» это был первый бой, и «старики» им показали, что даже и асы с драконами на бортах тоже «горят за милую душу». Вечером того же дня немцы совершили налёт на аэродром, во время которого «Кузнечик» без разрешения взлетел, сбил свой первый самолёт и спас полк. А в одном из следующих вылетов был сбит и направил горящий самолёт на вражеские эшелоны Сергей Скворцов.
Прошло ещё некоторое время. Территория Советского Союза почти освобождена. В бой снова идут одни «старики», но среди стариков уже и «Ромео» — ведомый Маэстро, и «Кузнечик» — старший лейтенант и командир второй эскадрильи, а сам Титаренко уже командует полком. Из этого боя тяжело раненым сумел вернуться, но умер, посадив самолёт, «Ромео». Когда «Маэстро», Макарыч и «Кузнечик» пришли на аэродром женского полка сообщить Маше эту весть, они узнали, что она вместе с напарницей Зоей тоже погибла.

- Леонид Быков поступал в летную школу в 1945 году, но малый рост не позволил ему стать летчиком.
- Быков осуществил свою давнюю мечту и освоил управление самолетом во время съемок картины.
- Поющая эскадрилья на самом деле существовала во время Великой Отечественной войны.
- Студентка театрального института Евгения Симонова снималась во время учебы — на съемочную площадку ее привела мама.
- Государственные чиновники долго не принимали сценарий фильма, вначале производства картины для съемок выделили всего один самолет. После того как сценарий фильма очень понравился одному из маршалов авиации — на площадке появилось ещё два самолета.
- В роли «догорающего мессера», сбитого «Кузнечиком» был использован планер КАИ-12 «Приморец».
- История Героя Советского Союза Надежды Поповой и Героя Советского Союза Семёна Харламова легла в основу любовной линии фильма.
- Еще в 1967 году Леониду Быкову предложили поставить картину о летчиках по сценарию Владимира Кунина «Хроника пикирующего бомбардировщика». Однако он непременно хотел включить в нее песню Смуглянка, что было категорически отвергнуто Куниным. Свой замысел о летчиках, поющих «Смуглянку», Быков воплотил в ленте «В бой идут одни «старики».
- Руководство Госкино запретило фильм, ссылаясь на то, что он на самом деле не о Войне. Однако когда сценарий показали командующему ВВС СССР Александру Покрышкину, он прямо на весь лист поставил резолюцию: «Вот это и есть война!».
- Занимает по посещаемости 61-е место среди отечественных фильмов за всю историю советского кинопроката
- Изначально Леонид Быков хотел снимать фильм цветным. Но цветная пленка, которая лежала на студии Довженко, давалась только на соцреалистические фильмы. Быкову говорили: если будешь снимать под заказ фильм о трактористах – дадим цветную пленку. На фильм о войне дали только черно-белую.
- Роль советских истребителей в фильме исполняют учебно-тренировочные самолёты Як-18, роль Мессершмитта — чехословацкий спортивно-пилотажный Злин Z-326 Акробат. Пилотированием занимались лётчики ДОСААФ. Настоящие истребители времён второй мировой появляются только на вставках с кинохроникой.

[thumb]http://i27.fastpic.ru/big/2012/0221/c6/9e2c1eb97f887f5b2c1ac2f42b00a8c6.png[/thumb][thumb]http://i31.fastpic.ru/big/2012/0221/e8/caa203475cb90feeafb02723bad3d6e8.png[/thumb][thumb]http://i28.fastpic.ru/big/2012/0221/94/a04e8a47b87a539d505c3c695bf14594.png[/thumb][thumb]http://i29.fastpic.ru/big/2012/0221/17/c2446fa8037ff5924694b1aa8bbc4a17.png[/thumb][thumb]http://i28.fastpic.ru/big/2012/0221/db/c39a9b481940046f4ad40f68752ba7db.png[/thumb][thumb]http://i27.fastpic.ru/big/2012/0221/ef/3a21217e1364403bfc12b797582336ef.png[/thumb][thumb]http://i29.fastpic.ru/big/2012/0221/fe/4a0d1366fce41e26e587ab34ca5756fe.png[/thumb][thumb]http://i28.fastpic.ru/big/2012/0221/50/d52956415ed29a18229a8973fd14ae50.png[/thumb]