Ольга Юкина, Татьяна Юкина, Татьяна Барышева, Анатолий Кубацкий, Андрей Файт, Лидия Вертинская, Аркадий Цинман, Андрей Стапран, Иван Кузнецов, Георгий Милляр
При подборе девочек на главные роли пробовались много пар близнецов, Роу выбрал девятилетних учениц московской школы № 499 Юкиных. После окончания съёмок они переехали в Кузьминки и пошли в 337-ю школу.
Натурные съёмки проходили в Крыму (Ялта, Симеиз, Красный Камень). В кадре видны: павильон Ялтинской киностудии на Поликуровском холме, дорога в Заповедно-охотничьем хозяйстве.
Исполнителю роли Нушрока Андрею Файту, к тому времени уже немолодому, пришлось скакать верхом на лошади почти на всём протяжении картины, для этого ему потребовалась хорошая физическая форма и большое напряжение сил:
Скакал иногда по крутым, каменистым, не совсем безопасным тропам. Но падал на всём скаку через голову лошади не я. Это делал дублёр. И мне отнюдь не стыдно. Трюкач рискует во много раз меньше и делает он своё дело точнее и лучше. А техника съёмки сейчас на таком уровне, что зритель никогда не заметит подмены.
— А. Файт.
Помимо прямых натурных съёмок много использовались комбинированные: домакетки, дорисовки, перспективные совмещения.
В съёмках принимали участие птицы и животные: беркут Карлу́ша, с которым работали дрессировщики Г. Алексеев и Г. Белихин, и кот Караба́с, участвовавший до этого в фильме «Новые похождения Кота в сапогах» (1958).