Ostře sledované vlaky mají jednoho lidského a jednoho společného hlavního hrdinu. Tím lidským je železničářský elév Miloš Hrma (Václav Neckář) a tím společným je železnice. Ta tu stojí jako jeden pro sebe uzavřený a samostatně stojící mikrosvět, kde se odehrávají jednotlivé drobné minipříběhy mnoha jeho rázovitých a svébytných obyvatel. Mezi ně patří přednosta stanice (Vladimír Valenta) a jeho žena (Libuše Havelková), výpravčí Hubička (Josef Somr), staniční zřízenec (Alois Vachek) a také mladá konduktérka Máša (Jitka Bendová) a telegrafistka Zdenička Svatá (Jitka Zelenohorska). Film se vedle toho zaměřuje především na Milošovy milostné trampoty a na jejich překonání, které symbolicky završuje i prvním "skutečně chlapským činem" v podobě hrdinského činu, za který zaplatí svým životem.

Když po dokončení Perliček na dně za Menzelem přišel dramaturg Vaclav Nývlt s rukopisem Hrabalových Ostře sledovaných vlaků s dotazem, zda by to nechtěl točit, bylo o prvním celovečerním filmu Jiřího Menzela rozhodnuto. Menzel v dokumentárním cyklu české televize Zlatá šedesátá prozradil, že mu k rozhodnutí natočit Ostře sledované vlaky stačila přečtená pouze jedna pasáž z knihy. 

Byla to právě ona eroticky laděná pasáž, kdy Zdenička Svatá vykládala kolaborantovi Zedníčkovi, co s ní dělal výpravčí Hubička. Menzel se rozhodl, že na rozdíl od mozaikovité "intuitivní" kompozice předlohy s mnohými dějovými flashbacky pojme svůj film jako klasicky lineárně a chronologicky vyprávěný příběh, aby jak řekl, byl jeho příběh "zřetelný". Ve výsledné fázi Menzel s uspokojením našel dvě silné dramatické linie, vyšetřování Zdeničky a příjezd vlaku s municí, což okomentoval slovy, že se to "bezděčně povedlo". 

Povedlo se to nejen bezděčně, ale i krásně. Na tomto filmu se povedlo doslova a do písmene vše od A do Z. Od dramaturgické přípravy s adaptací literární předlohy a scénářem až po konečnou realizaci. Zajímavá byla fáze obsazovaní hlavních a vedlejších rolí. Menzel měl téměř pro každou důležitou roli původně vybraného jiného herce. Pro Miloše Hrmu původně počítal s Vladimírem Pucholtem, který měl však závazky u režiséra Jiřího Krejčíka a nechtěl točit dva filmy najednou.

Zdeničku měla hrát Iva Janžurová, jenže pro tu zase byly příliš choulostivé scény s výpravčím Hubičkou. Pro Hubičku chtěl Menzel získat Rudolfa Hrušínského, kterého mu prý ale "nepůjčil" Jiří Weiss. Pro přednostu stanice byl režisérovi doporučován Karel Höger. Nakonec jediným, kterého Menzel získal s tím, že byl původně zamýšlen, byl Vlastimil Brodský jako kolaborant Zedníček.

Nutno dodat, že herci získaní pro hlavní role jako "náhradníci" byli vybráni naprosto perfektně. Václav Neckář byl ve své první filmové roli výborný a stejně přesvědčivě jako předvedl Milošovy intimní problémy, ztvárnil i celkovou bolest a tragiku této postavy. Více než výborný byl Josef Somr, který měl za sebou zatím jen jednu vedlejší roli v psychologickém dramatu Obžalovaný. Jeho výpravčí Hubička, to je nádherná a krásně zahraná postava a jedna z mnoha nezapomenutelných scén ve filmu je právě eroticky laděná a jiskřivá scéna "razítkování" s Jitkou Zelenohorskou.

Třetím z náhradníků byl Vladimír Valenta, scenárista zmíněného Obžalovaného, pro kterého to byla rovněž první filmová role vůbec a i on v ní byl zcela přirozený a neopakovatelně půvabný. Ve vedlejších rolích se objevují ještě i mnohé další známé tváře, z kterých stojí za zmínku například Květa Fialová jako hraběnka a Naďa Urbánková jako partyzánka Victoria Frei, která "zaučí" Miloše Hrmu.

Kameramanem filmu byl Jaromír Šofr, který předtím spolupracoval s Chytilovou na jejích krátkometrážních a ještě studentských filmech Strop a Pytel blech a na jejím prvním celovečerním filmu O něčem jiném. Menzel našel v Šofrovi zřejmě ideálního spolupracovníka, neboť ten poté s Menzelem natočil drtivou většinu jeho filmů. Černobílá fotografie Ostře sledovaných vlaků dodává tomuto okupačnímu a milostnému tragikomickému příběhu syrově poetické ladění a zesiluje účinek například i naturalistické scény Milošovy sebevraždy v hodinovém hotelu. Na střihu se podílela Jiřina Lukešová, která pracovala s legendárním Alfrédem Radokem na filmech Daleká cesta a Dědeček automobil. A nesmíme ještě opomenout zmínit hudbu Jiřího Šusta, která ve filmu zaujímá také rozhodně nepřeslechnutelné a významné místo.

Ostře sledované vlaky jsou nádherným, zcela mimořádným dílem, které plyne pozvolna a má svůj specifický, zvláštně drsně poetický náboj a zcela po zásluze se staly po Obchodu na Korze druhým československým filmem oceněným Oscarem za nejlepší zahraniční film. Zároveň patří i mezi nejlepší díla Jiřího Menzela. Nepochybně je to jeden z nejpozoruhodnějších československých, respektive ryze českých filmů natočených v tehdejším Československu, který československá nová vlna vyprodukovala. To potvrdila i neoficiální anketa filmových publicistů a kritiků pořádaná ke stému výročí vzniku prvních původních českých filmů, která Ostře sledovaným vlakům přisoudila sedmé místo (spolu s Němcovými Démanty noci) v pomyslné top 10 česko-slovenského hraného filmu.

Scéna z filmu Ostře sledované vlaky