Режиссерский сценарий был собственноручно написан Игорем Таланкиным, а Георгий Данелия сделал к нему раскадровку: нарисовал 505 кадров будущего фильма. Перед началом работы режиссеры условились, что все делают вместе, при этом право вето на то или иное решение имеет каждый из них, но - через день. Начало съемок было намечено на сентябрь 1959 года. Поскольку действие картины происходит летом, решено было построить декорации в Краснодаре, где осенью много солнечных дней. Изначально на роль Коростелева был приглашен другой актер. Однако худсовет объединения его не утвердил, порекомендовав обратиться к Сергею Бондарчуку. Молодые режиссеры не верили, что Бондарчук согласится сниматься у дебютантов. Но Сергей Федорович, прочитав сценарий, сказал, что роль ему понравилась.

Борис Бархотов возрасте 6 лет попал в кино. Ему предложили главную роль в своем фильме начинающие на тот момент режиссеры Георгий Данелия и Игорь Таланкин. В качестве своей дипломной работы они решили экранизировать рассказ Веры Пановой «Сережа».
С тем, чтобы Борис не потерял эмоциональный настрой, было принято решение его не баловать и не хвалить. Георгий Данелия придумывал разные ходы, чтобы Борис искренне реагировал на происходящее. Так, его герой, увидев татуировку на спине героя Василия Меркурьева, должен был удивиться. Спину артисту разукрасили так, что, когда мальчик посмотрел на рисунок испытал настоящий «шок», и это быстро отсняли с первого дубля.

Как вспоминал Борис Бархатов, после выхода фильма его узнавали на улицах. В школе дразнили. Сам же он не хотел, чтобы его сравнивал с экранным героем Сережей. В 1961-м сыграл Васю Комарова в детском фильме «Братья Комаровы» по рассказам Юрия Нагибина. Спустя год появился в ленте «Грешный ангел» в роли Шурика Кондакова. И больше в кино не снимался.