Во время съёмок фильма сотрудники КГБ специально познакомили Татьяну Лиознову с профессиональной разведчицей Анной Филоненко (в девичестве Камаева), которая стала прототипом радистки Кэт. Вместе с мужем Михаилом она много лет проработала в Латинской Америке, в том числе и в странах с фашистским режимом. Трое детей Филоненко, из которых двое родилось во время "командировки" супругов, лишь по возвращении семьи в Москву узнали, что они советские и русские. Анне, во время "командировке", пришлось при родах даже кричать не по-русски.
У режиссёрской группы Татьяны Лиозновой не было фотографий реального Генриха Мюллера, поэтому образ шефа гестапо, созданный в фильме Леонидом Броневым, оказался весьма далёк от оригинала - в фильме (как и в романе) Мюллер лет на десять старше Штирлица. В действительности же, как актёры Тихонов и Броневой, так и их герои Штирлиц и Мюллер - ровесники (первые - 1928 года рождения, вторые - 1900 года). Реальный Мюллер был высоким худощавым горбоносым брюнетом. Сам Броневой утверждал, что если бы тогда знал внешность исторического Мюллера, то, скорее всего, отказался бы от роли. Характерное движение головой, которое появляется у Мюллера в минуты раздражения, придумали прямо на съемочной площадке: у рубашки Броневого оказался слишком тесный воротник.
Олег Табаков, исполнявший роль Вальтера Шелленберга, наоборот, очень соответствовал образу своего героя. После выхода фильма на экраны, Табакову якобы даже пришло письмо из Германии от племянницы Шелленберга, в котором она благодарила актёра, утверждая, что многократно пересматривала фильм, чтобы ещё раз взглянуть на "дядю Вальтера".
***
В 2006 году Константин Залесский (р. 14 октября 1965, Москва) - российский историк, журналист, автор многочисленных публикаций 2000-х годов по истории Третьего рейха, редактор и автором предисловий к ним, - написал книга "Семнадцать мгновений весны. Кривое зеркало Третьего рейха", в которой проведено множество всевозможных несоответствий и откровенных ляпов в фильме Татьяны Лиозновой. Автор книги полагает, что тот образ нацистской Германии, который создан в сериале, скорее больше похож на СССР сталинского времени. Такого Третьего рейха, который показан в фильме, по мнению Залесского, не существовало, и весь дух, все взаимоотношения между персонажами фильма не имеют ничего общего с реальностью. Третий рейх был иным. Он был не хуже и не лучше, - он был просто иным.
В "Семнадцати мгновениях" спецслужбы рейха имеют больше полномочий, чем они имели в действительности. Однако в реальности гестапо не имело полномочий, чтобы арестовать шофера Мартина Бормана, который должен был принадлежать к Имперской службе безопасности. В свою очередь, Мартин Борман не мог санкционировать гестапо уничтожение своих коллег в Партийной канцелярии, поскольку вмешательство гестапо в дела партийных органов было запрещено. Сам Борман строго следил, чтобы никто не вмешивался в работу возглавляемой им Партийной канцелярии. Недостоверным является и эпизод из 4 серии, в котором Вальтер Шелленберг приказывает расстрелять троих адъютантов. Он не имел на это полномочий, и такая практика не была характерна для Третьего рейха. Подобное использование репрессивных методов в отношении работников спецслужб в большей мере типично для советской системы.
В романе Гиммлер посылает в Швейцарию генерала Вольфа втайне от Гитлера, хотя в реальности Вольф предпринял контакты с Даллесом без ведома Гиммлера, но заручившись согласием Гитлера. Поэтому не было никакой необходимости в "операции прикрытия", которую в фильме готовит Шелленберг на случай, если о миссии Вольфа узнает фюрер. В мемуарах Шелленберга, изданных на русском языке под названием "Лабиринт" и "В паутине СД", об операции "Санрайз" не упоминается вообще, хотя много говорится о контактах Гиммлера со швейцарским политиком Ж.-М. Мюзи и графом Бернадотом. Главная опасность для Вольфа исходила как раз от Гиммлера и Кальтенбруннера, которые в те же дни сами пытались разыграть свои комбинации с Западом. Встречи Даллеса и Вольфа происходили не в Берне, а в Цюрихе и в Асконе, в имении Геверница.
Некоторые несоответствия в романе и фильме не являются ошибками, а представляют собой намеренное отступления от исторических данных. Самый очевидный пример такого отклонения от истории - неправильное указание образования лидеров Третьего рейха. В фильме утверждается, что большинство из них имели среднее образование, а не высшее, как было в действительности. Исключение составляет Мартин Борман, который имел среднее образование, но в фильме его образование называется неоконченным средним. Такие изменения объясняются стремлением избежать нежелательного контраста лидеров рейха с теми лидерами СССР времен ВОВ, которые не получили высшего образования (к примеру, И.В. Сталин и М.И.Калинин не имели серьёзного официального образования).