10 марта в павильоне № 13 «Мосфильма» начались кинопробы актеров. В тот день там пробовались: Александр Демьяненко (Шурик), Владимир Этуш (Саахов), Михаил Глузский (администратор гостиницы). 11 марта в другом павильоне — № 12 — пробовались: Демьяненко, Раутбарт, Попов.
15 марта — пробы: Демьяненко, Анастасия Вертинская, Наталья Селезнева (обе актрисы пробовались на роль Нины).
16 марта — пробы: Демьяненко, Фрунзик Мкртчян (Джабраил).
17 марта — пробы: Спартак Мишулин, Перов.
18 марта — пробы: Демьяненко, Раиса Недашковская, Жанна Болотова (обе актрисы пробовались на роль Нины).
С 24 марта по 5 апреля из-за болезни Гайдая пробы не проводились.
5 апреля — пробы: Герман Качин, Лариса Голубкина (на Нину).
7 апреля — пробы: Наталья Величко, Корнева (на Нину).
К этому моменту актерский ансамбль в большинстве своем уже сложился. Были утверждены: Александр Демьяненко (Шурик), Владимир Этуш (Саахов), Юрий Никулин (Балбес), Георгий Вицин (Трус), Евгений Моргунов (Бывалый), Фрунзик Мкртчян (Джабраил), Руслан Ахметов (Эдик), Михаил Глузский (администратор), Нина Гребешкова (врач) и др. Однако на роль красавицы Нины никто из просмотренных кандидаток (а их перед его взором вживую и на фотографиях прошло около пяти сотен) Гайдаю не приглянулись. Помог случай в лице ассистентки Гайдая, которая случайно оказалась в Одессе на съемках фильма "Формула радуги", который снимал Георгий Юнгвальд-Хилькевич. Она и обратила внимание на совсем молодую актрису Наталью Варлей, игравшую в фильме медсестру.
Н. Варлей родилась 22 июня 1947 года в румынском городе Констанца. Как гласит семейное предание, Варлей — фамилия валлийская. Предки Натальи попали в Россию из Англии. Это случилось в XIX веке: некий музыкант приехал к нам с туманного Альбиона и привез с собой конюшню, в которой были два жокея — братья Варлей. Затем они женились на русских девушках и окончательно обрусели.
Детство Натальи прошло в холодном Мурманске (ее отец был капитаном дальнего плавания). С малых лет Варлей была чрезвычайно одаренной: в четырехлетнем возрасте начала писать стихи, затем училась в музыкальной школе, рисовала. Когда выучилась читать, стала запоем проглатывать одну книгу за другой. Но в то же время она была очень болезненным ребенком: у нее обнаружили ревмокардит сердца и запретили заниматься в школе физкультурой.
В конце 50-х годов семья Варлей поселилась в Москве, в доме, окнами выходящим на Гоголевский бульвар. В один из дней мама повела Наташу в цирк. Они пришли раньше положенного времени, а тут внезапно начался сильный дождь. Мама с Наташей спрятались в кассе, и первое, что девочка там увидела, было объявление о наборе детей 11–13 лет в детскую цирковую студию. Буквально на следующий день, тайком от родителей, девочка отправилась по указанному адресу. Как это ни странно, но, обмерив Наташу вдоль и поперек, проверив ее гибкость и растянутость, педагоги студии сочли возможным принять ее к себе. Рассказывает сама Н. Варлей:
