Выбор актера для главной роли фильма дался Татьяне Лиозновой нелегко - в качестве "Штирлицев" она рассматривала Иннокентия Смоктуновского, Олега Стриженова, Юрия Соломина. Лиознова вспоминала, что в тот момент как минимум два актера подходили на роль Штрилица больше, чем Тихонов: "В их лице было нечто антипатичное, что тоже должно быть"
Главным претендентом на роль был Арчил Гомиашвили, с которым у Лиозновой тогда был роман (за Гомиашвили был и Юлиан Семёнов). Его вроде даже утвердили на эту роль. Но кто-то из киноначальства задал вопрос: "А что, Штирлиц был грузин?" Началось давление на режиссера, а Лиознова заняла нейтральную позицию. Гомиашвили это очень оскорбило, он обиделся, все бросил и уехал в Грузию
А у Тихонова было одно-единственное преимущество: он был свободен, в отличие от остальных претендентов, и Лиозновой пришлось отдать ему предпочтение. Случай оказался счастливым - сдержанная манера игры Тихонова как нельзя кстати подошла для роли советского разведчика, и сейчас уже почти невозможно представить себе кого-то другого в кабинете у Мюллера
То что в фильме Штирлиц получился более "душевным", чем по задумке Семенова - свой вклад внес и Вячеслав Тихонов. Например, ему принадлежала идея того, чтобы молодая немка, унтершарфюрер СС Барбара Крайн была влюблена его. Уже во время съемок Тихонов попросил актрису Ольгу Сошникову немного по-другому, по-женски смотреть на Штирлица