羽田空港でのクライマックスシーンは、最終発着の終わる夜の10時から朝の5時前まで、同空港を貸し切り撮影が行われた。搭乗ゲートでの細かいやりとりのシーンは重要な芝居を要求されるため、後日セットで撮影したが、エキストラ数百人を使った搭乗ゲート付近や滑走路、埋立地などの撮影は実際に羽田空港で夜間の7時間に全て行った。ワンシーン終えるごとに機材を移動していたのでは間に合わないので、それぞれ四班体制でライティングやテストの準備を終え、スタッフ、キャストが移動する方式である。夜間撮影のため用意された機材は膨大な数に上り、機材車や電源車だけで十数台、エキストラ数百人を乗せたロケバスと合わせ、夕暮れに羽田に向かう道に延々、何十台もの車列が続き、B班助監督だった佐伯俊道は「ああ、この撮影所も長いことないのかもしれないなァ」とその時は思ったという。正規スタッフによる段取りは手際よく、夜明け前に撮影は完了し、朝8時に撮影所に到着。東映東京ほぼ総出による共通体験をこなした喜びから、朝にも関わらず、所内のあちこちで酒宴が開かれた。1975年6月24日クランクアップ。
撮影中の1975年5月12日、東京有楽町交通会館15階スカイラウンジにて製作発表会見が行われ、登石雋一企画製作部長、佐藤監督、高倉健、宇津井健、山本圭らが出席した。ここから東京駅の新幹線ホームがよく見え、高倉らはそれを背に質問に答えた。国鉄が非協力だけでなく、クレームを付けているという報道が流れていたため、世間の関心も高く、報道陣からの質問はそれに集中した。佐藤は「現実に爆弾を仕掛けたという脅迫電話が新幹線総局に月に二、三十件あると聞いている。映画で多少は増えるかも知れないが全く別の問題だと思う。類似犯罪についても絶対に真似でできない仕掛けだから心配ない」などと話した。マスメディアからはできないのではないかと思われていたため、「本当に作るのか？」という質問まで出た。他に登石より「作品は二部構成で二部の結末にはアイデアを募集。詳細は何れ新聞で発表する」との説明があった。
『週刊朝日』（1975年4月18日号）に「九割がた製作中止になりそう」と報道されるが、「活動屋魂、見せてやろうじゃねえか！」と現場の士気はかえって上がった。1年以上かけた企画を潰すことはできず、ロケーション撮影が不可能となり、岡田から「隠し撮りとミニチュア撮影の合成」と指示を受けた。製作態勢がほぼ整ったのは1975年4月半ば。A班、B班、特撮班、実写班と4班のスタッフが編成され、1975年4月29日クランクイン。特撮カメラを担当した清水政郎は「時期が時期だけに中止だろう」と思っていたため、製作決行にビックリしたという。
国鉄に、実物の新幹線0系電車の撮影協力を交渉したところ、安全を謳い文句にしていた国鉄は、刺激的な映画のタイトルに難色を示し、「『新幹線大爆破』という映画のタイトルでは新幹線のイメージが悪くなるので、『新幹線危機一髪』というタイトルへ変えるなら撮影に協力しても良い」とタイトル変更を打診するが、岡田茂は「題名は絶対に変えんぞ！」と断固拒否。当時国鉄は、森繁久彌が「安全です国鉄は」と訴えかけるCMを放送していた。1974年12月、国鉄が「現在、新幹線に爆弾を仕掛けたという電話は週に1本の割合でかかって来て、その度にいたずら電話かも知れないが、必ず最寄の駅に停車させて検査するような状態である。このような映画は、更に類似の犯罪を惹起する恐れがあるから製作を中止されたい」と、本作の企画に断固反対の姿勢を打ち出した。1975年2月初めに国鉄から80%協力は得られないという線が出て、児童教育映画を作るからと称して申し入れたがこれも拒否され、同年4月にいっさいの撮影協力を断られた。1975年3月～4月の間、表立った製作はストップしたが、この間に国鉄の協力なしで撮影が可能か検討された。
制作費は5億3,000万円。製作当時の東映東京撮影所所長・幸田清は「ふんだんに岡田社長に金を使わせてもらっているので、これが当たらなかったらオレはクビだと思う。俳優、スタッフとものりにのっており、東撮始まって以来の熱気だ」などと話していた。東映の作品において過去最大の金額と言われ、監督の佐藤純弥は2002年のトークショーで「現在の貨幣価値なら20億円くらいでないか」と述べている。プロデューサーの坂上順は2012年のインタビューで「制作費は1億5,000万円、今に換算すれば10億円ぐらいになるでしょう」と述べている。1975年の小学校教師初任給は8万1,104円、東京都内のもりそば、かけそば料金は230円、4ドア普通乗用車96～140万円の時代である。
ある朝国鉄に、「本日東京駅を出発した“ひかり109号”に爆弾を仕掛けた」と、脅迫電話がかかってきた。犯人は今でいう「負け組」となった三名のグループで、新幹線に爆弾を仕掛け、誰も殺さず殺されずに巨額の身代金を得ようと完全犯罪を計画したのであった。終盤まで、犯人グループと警察当局・国鉄とのスリリングな駆け引き、そして乗客乗員らのパニックが続く。
長州藩士であり、毛利家の庶流で重臣であった桂家の出身で、大江広元や桂元澄などの子孫に当たる。戊辰戦争に参加し、明治維新後、横浜語学学校で学びドイツへ留学。帰国後は山縣有朋の下で軍制を学んで陸軍次官、第3師団長、台湾総督を歴任した後、第3次伊藤内閣・第1次大隈内閣・第2次山縣内閣・第4次伊藤内閣で陸軍大臣をつとめた。明治34年（1901年）、首相に就任。日英同盟を締結し、日露戦争で日本を勝利に導いた。西園寺公望と交代で首相を務め、「桂園時代」と呼ばれた。在職日数2886日は歴代1位。なお連続して在職してはいないため、連続在職の記録は佐藤榮作に譲る形となっている。明治33年（1900年）9月15日には、拓殖大学の前身である台湾協会学校を創立している。また、現在の獨協中学校・高等学校の前身である獨逸学協会学校の2代校長を明治20年（1887年）4月から同23年（1890年）7月までつとめた。第2次桂内閣時には韓国併合も行った。