Сценаристом и режиссёром фильма стал фронтовик Пётр Тодоровский, а в основу сюжета легла реальная встреча. Уже после войны он случайно увидел около ЦУМа женщину, в которую на фронте был влюблён его комбат, а заодно и все юные солдаты — она была необычайно хороша собой. Сейчас же узнать её можно было только по характерному смеху… Женщина стояла в стоптанных валенках, укутанная поверх телогрейки какими-то платками и хрипло выкрикивала: «Пирожки! Кому пирожки?!». Рядом с ней сидела маленькая девочка. Тодоровский к бывшей «фронтовой королеве» не подошёл, но забыть встречу не мог долгие годы и всё представлял, как сложилась её судьба.
Через много лет после этой встречи Тодоровский написал сценарий «Военно-полевого романа», от которого отказывались все киностудии. Никто не хотел снимать фильм про бытовую неустроенность, коммуналки и эхо войны. Согласилась запустить фильм только Одесская киностудия, но выделила на съёмки только 380 тысяч рублей.
В роли Любы режиссёр видел только Наталью Андрейченко, но её муж был против. Она недавно родила ребёнка, и Максим Дунаевский не хотел, чтобы жена так быстро приступала к работе… Начали искать замену и среди подходящих кандидатур были Анастасия Вертинская и Татьяна Догилева, но режиссёр не оставлял надежды уговорить Андрейченко. Однажды он наудачу позвонил ей ещё раз, и она согласилась, несмотря на недовольство мужа — самой актрисе сценарий очень нравился.
На роль Саши Нетужилина режиссёр пригласил Николая Бурляева. Актёр за ночь прочитал сценарий и потом рассказывал, что буквально обливался слезами — настолько его проняла история этой послевоенной встречи. Ради роли в этом фильме он был готов даже отложить запуск собственной картины. С утра Бурляев прибежал на пробы, увидел в коридоре Петра Тодоровского, обнял его и сказал: «Кончайте пробы! Эту роль я никому не отдам». И пробы, действительно, закончили.
И когда уже после выхода картины иностранные журналисты спросили актёра есть ли ещё такие люди как Нетужилин, то Бурляев ответил, что таких — вся страна. Нетужилина Тодоровский сначала хотел сыграть сам, но помешал солидный возраст, потом рассматривал кандидатуру Виктора Проскурина, но в результате отдал ему другую роль.
Сами попросились в фильм фронтовик Зиновий Гердт и Всеволод Шиловский. Прихрамывающий Гердт говорил другу-режиссёру: «В любом твоем фильме я сыграю что угодно. Скажешь сыграть лошадь — сыграю. Только учти — она будет хромать на левую заднюю».
Специально для актёра в «Военно-полевом романе» появилась небольшая роль администратора кинотеатра. Всеволод Шиловский выпросил для себя роль дяди Гриши. Тодоровский удивился — зачем ему этот неприятный герой, да ещё и съёмок всего два дня… Шиловский ответил, что один «лейтенант Тодоровский» сам ему рассказывал про молодых людей, которые вернулись с фронта и оказались никому не нужны. И он хочет у «лейтенанта Тодоровского» сыграть именно такого персонажа.
Текст заглавной песни «Рио-Рита» написал Геннадий Шпаликов. Музыку к ней написал режиссёр Пётр Тодоровский, вдохновлённый одноимённым пасадоблем 30-х годов — эта мелодия была очень популярна перед войной. Много лет спустя Тодоровский снял военную драму под названием «Риорита», которая стала его последней работой в кино. В фильме песня звучит в исполнении Павла Смеяна.
Готовый материал Тодоровский привез в Москву — показывать худосовету на «Мосфильме». Цензура потребовала вырезать упоминание о репрессированных родителях Веры, которую играла Инна Чурикова, и убрать из фильма соседа-гэбэшника. Сосед остался в эпизоде, но подсматривать и подслушивать за героями перестал — эти сцены пришлось вырезать.
В 1983 году «Военно-полевой роман» был номинирован на премию «Оскар» как лучший фильм на иностранном языке, но статуэтка ушла швейцарскому режиссёру за шахматную драму «Диагональ слона» о противостоянии СССР и Запада. Зато на международном фестивале в Испании фильм получил приз за лучший сценарий и Инне Чуриковой вручили награду за исполнение женской роли второго плана, а на кинофестивале в Берлине Наталья Андрейченко получила «Серебряного медведя» за лучшую женскую роль.
