Молодая дворянка Шурочка Азарова, воспитанная в Смоленской губернии отставным майором и денщиком как будущий воин, искусно владеет шпагой, умеет стрелять и ездить верхом. На балу она встречает поручика Ржевского, которому предсказан брак с ней, но он сторонится общения. Шурочка переодевается гусаром, представляется Ржевскому его кузеном и слышит его клятву жениться на спасенной им женщине. Внезапно начинается война с французами, и Ржевский уходит на фронт. Не желая оставаться в стороне, Шурочка, переодетая молодым корнетом, отправляется на войну и вступает в партизанский отряд. Там она снова встречает Ржевского и сталкивается с его новым увлечением — певицей Луизой Жермон. В ходе войны Шурочка не только доказывает свою храбрость, но и раскрывает свою истинную идентичность, после чего Ржевский спасает ее жизнь, ставя под сомнение свою ранее данную клятву.
Занимает по посещаемости 40-е место среди отечественных фильмов за всю историю советского кинопроката.
На роль Шурочки Азаровой пробовались Людмила Гурченко, Алиса Фрейндлих и другие известные актрисы.
Худсовет возражал против Игоря Ильинского в роли Кутузова, считая комедийного артиста негодным для роли полководца. Чтобы отстоять его кандидатуру, Рязанов пошел на хитрость. Сцену проезда Кутузова перед войсками, по сюжету происходившую зимой, снимали поздней весной. Буквально через пару дней весь снег растаял, и переснять сцену с другим актером было уже невозможно.
Этот фильм стал дебютом в кино для актрисы Ларисы Голубкиной.
Фильм был снят специально к 150-й годовщине Бородинской битвы. Чтобы историческая параллель была как можно более строгой, премьера фильма в московском кинотеатре «Россия» состоялась 7 сентября 1962 года, в день сражения.
На съёмках фильма была использована небольшая часть костюмов, пошитых для съёмок «Войны и мира».
На роль поручика Ржевского сначала пробовались Сергей Юрский и Вячеслав Тихонов.
Считается, что прообраз Шурочки Азаровой — кавалерист-девица Отечественной войны 1812 года Надежда Дурова. Однако создатель персонажа Александр Гладков опровергает это, хотя в фильме есть очень узнаваемые совпадения с «Записками кавалерист-девицы».