長調で第1楽章冒頭の動機が木管に現れ、金管が応答して始まる。弦楽器に再び現れると次第に盛り上がりを見せ、頂点でファンファーレが響き、一瞬静まるも、すぐに主部に突入する。付点リズムが特徴的な主題に、第1楽章の下降音形が絡み、頂点でホルンに明るいメロディックな第2主題が現れる。長大な展開部につづき再現部が終わると、第1楽章の動機を主体とするコーダに入り、ホ長調に転じ、和音を3回打ち鳴らして終結する。
冒頭、クラリネットの音形に続いて弦楽で全曲を統括する下降する動機を奏する。次第にテンポを速めながら主部に突入する。リズム動機を効果的に用いた第1主題と、繊細で美しい第2主題からなる。
1973年の『ゴルゴ13』からプロデューサーとなった坂上順は、製作進行係をしていた時から俊藤浩滋や高倉健にいろいろ教えてもらっていた縁から、主役の沖田哲男役のみ、高倉と決めていた。しかし岡田茂は「もう鶴田浩二、高倉ばかりに頼るな」と言い、社の方針として「菅原文太・梅宮辰夫・千葉真一でやっていく」と東映は決めていた。坂上は高倉に脚本を見せると「こんな面白い映画なら、どんな役でもいいからぜひ参加したい、もちろん犯人役でも構わない」と言ったが、社の方針で沖田には菅原がキャスティングされ、倉持には高倉がキャスティングされる。しかし菅原は「この映画の主役は新幹線で、演技者は付け足しだ」「国鉄の協力が無くてできるわけがない（ ⇒ #撮影）」と断ってきた。坂上は本社で「社長（岡田）が『若いのでやれ』って言ってるんだから梅宮か、小林旭にしろ」と聞かされ、岡田からも「高倉にこだわっていたら、企画が前に進まない」と念押しされた。高橋英樹も主演候補に挙がったが、坂上は散々迷った挙句に岡田の家へ夜10時頃に電話して「どうしても健さんでやりたい」と伝えた。通常の映画作品よりキャスト・特撮の双方で予算が掛かっているため「本来のギャラを出せない」と思っていた岡田は、「通常のギャラの半分でいいなら、高倉を起用してもいい」と条件をつける。高倉は「ギャラは半分でいいが、その代わり映画が当たったら成功報酬のパーセンテージが欲しい」という契約で坂上のオファーを受けた。高倉は「この映画に関しては俳優の魅力なんかは二の次で、ストーリーの面白さがある」「大変面白い脚本で、久しぶりにのってるんです」と当時のインタビューで述べていた。脚本の小野竜之助は、フランスで公開された内容のような凶悪犯と設定し、犯罪者側の視点は簡潔なもので、国鉄・警察側のみから描く予定だった。しかし高倉の出演により、犯人の人間像を膨らまし、「なぜ、犯行に至ったのか」という犯人側のそれぞれの背景を書き足し、シナリオを“複眼”にした。やくざ映画のヒーローでならした高倉が、ジャンパー姿の、倒産した中小企業のオヤジ役を引き受け、時代に取り残され絶望的な反撃を試みる男を演じ、同作は彼がこれ以降に幅広い役柄をこなすきっかけとなった。千葉真一は当初別の役だったが、坂上が何とかお願いして青木運転士を引き受けてもらった。全編ほぼ運転席に座っていた青木だが、ゴーグルを着けて客車の床を焼き切り、ヤケドをするシーンは千葉のアイデアによるもの。高倉・千葉・宇津井健は同時アングルで出演していないが、高倉と宇津井が談笑する姿や新幹線の模型を持つスチル写真が残されており、新東宝出身の宇津井は東映初出演となった。坂上は犯人と対峙する花村警察庁捜査第一課長に丹波哲郎を配役し、『網走番外地』で高倉と対峙するイメージを描いていたが、丹波に「4日しか空かない」と言われ、鈴木瑞穂に変更。脚本では丹波と鈴木の役は1人だったが、分けたことで丹波の役は重要度が下がることとなる。坂上はポスターを作った時、キャスト並びで丹波を中止めにして宇津井を止めにした。これに新東宝で宇津井の先輩である丹波がクレームをつけてきたため、本編のクレジットで丹波はエンディングに特別出演とロールされている。学生運動くずれ・古賀勝には当初、原田芳雄へオファーしたが、「テロリズム的なものは嫌だ」と断られたため、山本圭がキャスティングされた。しかし本作を観た原田は「断って申し訳なかった。次は是非ご一緒に」と、『君よ憤怒の河を渉れ』（1976年）に出演した。山本の出演で坂上はプロデューサーの宮古とく子と縁ができ、『新幹線大爆破』を宮古に褒められ「『君よ憤怒の河を渉れ』の監督に起用したいので佐藤を紹介してくれ」と頼まれた。高倉の『君よ憤怒の河を渉れ』出演も本作と同じ佐藤監督からの縁によるもの。制作費の高騰により、俳優へ協力を頼み、通常より低めのギャラで出演してもらった。カメオ出演のうち、北大路欣也はノーギャラ。岩城滉一は映画デビュー作だったもののアップがないため、役柄を前もって確認しておかないと気付きにくい。この他、『小川宏ショー』に出演していたフジテレビの人気アナウンサー・露木茂にテレビの報道記者の役で、1975年5月16日に正式に出演オファーを出した。露木がよど号ハイジャック事件やあさま山荘事件のリポートで知られていたことから、テレビで刻々とニュースを伝え、犯人にも呼びかけるうってつけの配役と、露木も「断る理由は何もない」と話し、『小川宏ショー』のスタッフからも「いいお話じゃないですか」などと乗り気だったが、露木はアナウンス部ではなく、解説委員室というお堅いセクションに所属していて、同セクションの上司から「映画の内容が内容だけにどうか？」と反対され出演はならなかった。