Cinéaste britannique, Peter Yates signe avec Bullitt en 1968 son premier film à Hollywood. Le rôle-titre est tenu par Steve McQueen qui interprète un lieutenant de police chargé de protéger Johnny Ross, un gangster appelé à témoigner dans un procès. Malgré les précautions prises par Bullitt et ses hommes, le gangster est grièvement blessé, puis achevé sur son lit d'hôpital. Le lieutenant s'aperçoit alors que la victime n'était pas le vrai Ross...
Impossible de penser à Bullitt sans songer à sa scène de course-poursuite à travers les rues de San Francisco. Une séquence hallucinante de presque dix minutes devenue instantanément culte et qui a permis à Frank P. Keller de remporter l'Oscar du meilleur montage. Il est difficile de déterminer qui est à l'origine de cette scène. McQueen affirme avoir voulu cette scène dès le début du projet, tandis que Robert Vaughn, l'interprète du politicien ambitieux, précise que le script indiquait uniquement les mots « course poursuite ». De son côté, Yates avance que la première version du script ne comportait pas cette scène.
Toutefois, la manière dont elle a été tournée doit en partie à l'implication de McQueen. Celui-ci ne se contente pas de tenir le rôle principal mais produit également le film. C'est d'ailleurs lui qui choisit d'en confier la réalisation à Peter Yates, après avoir vu Trois milliards d'un coup. Le comédien désire que la séquence paraisse authentique et que les voitures roulent à vitesse réelle. Inspiré par la course de chars de Ben-Hur, il veut que les bolides soient filmés en gros plan et sous plusieurs angles. Yates est du même avis : « Moi, ce que je voulais et Steve aussi, c'était montrer le talent des conducteurs» (extrait de Steve McQueen de Michael Munn, Nouveau Monde Editions).
Pilote accompli, McQueen désire conduire dans l'intégralité des séquences de voiture mais le studio et l'assurance refusent. Ils ne sont pas les seuls : Neile Adams, alors compagne de l'acteur, est si inquiète qu'elle supplie Yates d'empêcher son mari de tourner les cascades. Le réalisateur s'arrange pour qu'il arrive en retard le jour où les scènes les plus dangereuses sont filmées. Au final, le comédien tourne certaines séquences mais les cascades les plus périlleuses sont confiées à Bud Ekins, cascadeur de La Grande évasion et ami de McQueen. S'il n'est pas crédité au générique, c'est pourtant lui qui effectue notamment la scène du saut de la colline. Quant à la voiture poursuivie, elle est conduite par Bill Hickman, ancien coureur motocycliste et lui aussi proche de McQueen.
La scène finale, où l'une des voitures s'écrase sur la station-service qui explose, est réalisée en une prise. Pourtant, le véhicule manque la pompe mais l'erreur est rattrapée au montage. Au total, trois semaines de tournage, deux Ford Mustangs et deux Dodge Chargers (lancées à des vitesses avoisinant les 200 km/h) ont été nécessaires pour mettre en boîte cette célèbre poursuite, qui a inspiré celle de French Connection trois ans plus tard.