Bullitt est adapté d'un roman de Robert L. Pike intitulé Mute witness.
C'est après avoir vu et apprécié Trois milliards d'un coup (1967) que Steve McQueen confia la réalisation de Bullitt à Peter Yates. Ce film allait marquer les débuts du cinéaste britannique à Hollywood.
Peter Yates accepta de réaliser le film à deux conditions : que le scénario soit modifié et que le tournage se déroule dans des décors naturels. En tournant à l'extérieur, le réalisateur voulait en effet moderniser le sujet.
Steve McQueen, également producteur du film, soutint les exigences de Peter Yates face aux studios Warner Bros. A la fin du tournage, la major, qui devait produire cinq autres films dans lesquels devait jouer l'acteur, préféra résilier le contrat qui la liait à la star.
Joseph L. Alioto, le maire de San Francisco, autorisa Steve McQueen à tourner dans la ville et mit à la disposition de l'acteur trois policiers pour barrer les rues et assurer la sécurité des lieux où avait lieu l'action. En guise de remerciement, Steve McQueen obligea les studios Warner Bros à donner au maire l'argent nécessaire à la construction d'une piscine.
Concernant la célèbre course de voitures dans les rues de San Francisco, Steve McQueen fit appel à son ami Bill Hickman, ancien coureur motocycliste, pour conduire le véhicule qu'il poursuit dans le film. L'acteur exigea par ailleurs de ne pas être doublé dans cette séquence. La vitesse au compteur pouvait atteindre deux cents kilomètres à l'heure. Le tournage de cette scène dura trois semaines et nécessita le recours à deux Ford Mustangs et deux Dodge Chargers.
Autre scène dans laquelle Steve McQueen prit des risques : celle de la poursuite sur la piste d'atterrissage de l'aéroport. C'est en effet lui-même qui poursuit le véritable Ross en se trouvant sous les roues d'un avion prêt à décoller.
Steve McQueen et sa société de production Solar se sont vu reprocher par le syndicat des acteurs de second plan d'avoir employé quatre véritables infirmières dans une scène se déroulant à l'hôpital au lieu d'avoir eu recours à des figurants. Pour calmer l'affaire, l'acteur proposa qu'une partie des bénéfices du film soit versée au dit syndicat.
Pour son personnage de flic rebelle, Steve McQueen s'inspira de la personnalité de l'inspecteur Dave Toschi, chargé de l'affaire du Zodiac killer à San Francisco. L'acteur demanda à avoir les mêmes costume, holster et arme à feu - un revolver Cobra 38 - que ce dernier.
C'est la première fois qu'est mentionnée l'injure Bullshit ! dans le scénario d'une grosse production hollywoodienne.
Bullitt marque les retrouvailles de Steve McQueen avec Robert Vaughn. Les deux acteurs ont été partenaires dans Les Sept mercenaires en 1960. Ils se retrouveront par la suite dans La Tour infernale en 1974.
A sa sortie en salles, Bullitt généra, dans le monde entier, 19 millions de dollars de recettes, soit presque cinq fois l'argent qui avait été investi pour financer le film.
Bullitt remporta l'Oscar du meilleur montage en 1969.
Bullitt marque la première collaboration de Peter Yates avec le directeur de la photographie William A. Fraker. Les deux hommes travailleront à nouveau ensemble sur le thriller Délit d'innocence en 1989.
Lalo Schifrin a composé le thème musical de L'Inspecteur Harry. On lui doit notamment ceux d'Un shérif à New York de Don Siegel, de Bullitt ou encore de la série télévisée policière Starsky et Hutch.