Le film est adapté du roman du même nom écrit par Gerald Petievich, ancien agent des services secrets américains, qui a co-écrit le scénario avec Friedkin. William Friedkin a été fasciné par le côté 'absolument surréaliste' du métier d'agent des services secrets en dehors de Washington D.C.
L'annonce du film a provoqué des tensions pour Gerald Petievich au sein des services secrets : il a été enquêté par un rival pour une promotion et a ressenti de l'animosité de la part de ses collègues, exacerbée par la démission soudaine d'un agent du bureau de Los Angeles peu après le début d'une enquête.
SLM Production Group avait négocié avec Friedkin un contrat de dix films pour 100 millions de dollars avec la 20th Century Fox, mais lorsque le studio fut racheté par Rupert Murdoch, l'un des financiers a rompu l'accord pour l'emmener chez MGM.
William Petersen tournait au Canada lorsqu'on lui a demandé de rejoindre New York pour rencontrer Friedkin ; après seulement une demi-page de lecture, le réalisateur lui a annoncé qu'il obtenait le rôle de Chance.
C'est William Petersen lui-même qui a fait engager son ami acteur John Pankow pour le rôle de Vukovich, en l'amenant chez Friedkin dès le lendemain de sa propre embauche ; le réalisateur l'a engagé sur-le-champ.
Gerald Petievich, auteur du roman et alors dans ses dernières semaines en tant qu'agent des services secrets, apparaît en caméo dans le film aux côtés de son frère et de son père, tous deux également liés au LAPD.
Friedkin ne répétait pas les scènes : il faisait croire aux acteurs qu'ils répétaient alors que les caméras tournaient déjà, afin de capter des moments authentiques et improvisés, comme lors de la scène au bar entre Chance et Ruth où il a laissé les acteurs improviser leur propre mise en scène.
La scène où Chance court sur les séparateurs du tapis roulant de l'aéroport de Los Angeles a été tournée malgré l'interdiction de la police de l'aéroport, qui craignait pour la sécurité de l'acteur William Petersen ; Friedkin a fait croire qu'il s'agissait d'une répétition pour pouvoir filmer la scène en caméra tournante.
Pour la scène de contrefaçon, Friedkin a fait appel à d'anciens faussaires ayant purgé une peine de prison comme consultants, qui ont eux-mêmes réalisé les plans ne montrant pas le visage de Willem Dafoe, même si l'acteur avait appris à imprimer de faux billets.
Plus d'un million de dollars de faux billets ont été fabriqués pour le tournage, volontairement truffés de trois erreurs pour qu'ils ne puissent pas être utilisés hors du film ; une partie de cet argent factice a néanmoins fui, notamment lorsque le fils d'un membre de l'équipe a tenté de s'en servir pour acheter des bonbons, ce qui a entraîné l'intervention du FBI et l'interrogatoire de 12 à 15 membres de l'équipe.
La scène de poursuite à contre-sens sur l'autoroute, tournée en dernier, a nécessité six semaines de tournage et trois week-ends de fermeture de sections de la Terminal Island Freeway, faisant dépasser le budget du film d'environ un million de dollars.
L'idée de la poursuite à contre-sens vient d'un souvenir personnel de Friedkin : en 1963, en rentrant d'un mariage à Chicago, il s'était endormi au volant et avait réveillé face à une voiture arrivant en sens inverse ; il a mis vingt ans à trouver comment intégrer cet épisode dans un film.
Pour la poursuite, Friedkin a mis au défi le coordinateur des cascades Buddy Joe Hooker de faire mieux que la scène de poursuite de French Connection, sinon la séquence ne serait pas gardée au montage ; l'acteur William Petersen a effectué lui-même une grande partie de sa conduite pendant la scène.
Friedkin a choisi le groupe Wang Chung pour composer la musique après avoir été conquis par leur album Points on the Curve (1984), reprenant même directement le titre 'Wait' pour le générique de fin.
Toutes les chansons de la bande originale, à l'exception du titre principal et de 'Wait', ont été écrites et enregistrées en seulement deux semaines ; Wang Chung n'a composé la chanson-titre qu'après avoir visionné un premier montage du film.
Bien qu'il ait d'abord catégoriquement refusé l'idée d'une chanson-titre nommée 'To Live and Die in L.A.', Friedkin a finalement adoré le morceau que Wang Chung a composé malgré son refus initial.
Pour la scène de sexe entre Chance et Ruth, Friedkin a demandé aux acteurs William Petersen et Darlanne Fluegel de 'faire ça aussi réel que possible'.
Dès le jour où il a engagé Petersen, Friedkin envisageait de tuer le personnage de Chance vers la fin du film, alors que selon le monteur Bud Smith, c'est initialement Vukovich qui devait mourir.
Le dénouement où Chance meurt n'a pas plu aux dirigeants de la MGM, jugé trop négatif ; Friedkin a alors tourné une deuxième fin où Chance survit et est transféré en Alaska avec Vukovich pendant que leur supérieur s'attribue le mérite de l'arrestation de Masters, mais après une projection test, Friedkin a conservé la fin originale.
La scène de poursuite automobile du film est régulièrement citée parmi les meilleures de l'histoire du cinéma, aux côtés de French Connection, The Seven-Ups, The Blues Brothers, Ronin et Bullitt ; en 2025, The Hollywood Reporter a désigné le film comme ayant les meilleures cascades de 1985.
Dans le film Point Blank (2019), le personnage de Big D regarde Police fédérale, Los Angeles puis Le Convoi de la peur, un autre film de Friedkin, en déclarant que ce dernier aurait dû être numéro un au box-office à sa sortie mais que le public a préféré les sabres laser, en référence à Star Wars.
En 2015, William Friedkin avait annoncé son intention de développer une série télévisée basée sur le film pour la chaîne WGN America, projet qui n'a finalement jamais été mis en production.
