В те годы Демьяненко можно было смело назвать популярным актером, но без приставки «супер». Однако в 1965 году эта приставка приклеилась к нему навсегда благодаря великому комедиографу Леониду Гайдаю, который пригласил Демьяненко на роль обаятельного студента Шурика в свою комедию «Операция „Ы“. Но мало кто знает, что попал наш герой на эту роль в общем-то случайно.
В первоначальном варианте сценария главный герой носил совсем другое имя – Владик. И когда Гайдай искал на эту роль достойного актера, он буквально сбился с ног. В одной только Москве через сито кинопроб прошло больше сотни актеров. Причем среди них были актеры, которые вскоре станут знаменитыми: Александр Леньков, Виталий Соломин, Сергей Никоненко, Евгений Жариков, Владимир Коренев, Геннадий Корольков, Иван Бортник, Валерий Носик, Всеволод Абдулов, Александр Збруев, Андрей Миронов. В итоге после долгих поисков худсовет «Мосфильма» остановился на кандидатуре Валерия Носика, хотя сам Гайдай сомневался. Помог, как всегда, случай.
Еще в процессе работы над сценарием Гайдай пришел к убеждению, что главного героя он будет списывать… с себя. Вот почему даже внешне Владик был выписан в сценарии как копия Гайдая: длинный худой юноша в очках. Как заметит много позже жена режиссера Нина Гребешкова: «Владик – это сам Леонид Иович. Все его поступки, жесты… Конечно, актер преломил их через себя. Но образ шел от Лени. Он действительно был таким – нескладный, наивный и очень порядочный…»
Рекомендованный Гайдаю Валерий Носик под выписанный Гайдаем образ не подходил, поэтому он продолжал поиски более подходящих кандидатов. И тут кто-то в съемочной группе произнес фамилию очень популярного молодого актера Александра Демьяненко. Взглянув на его фотографию, Гайдай мгновенно обнаружил внешнее сходство с собой. В итоге 11 июля 1964 года Гайдай отправляется в Ленинград на личные переговоры с Демьяненко. Их встреча принесла положительные результаты: оба остались довольны друг другом. Как расскажет позднее сам Демьяненко: «Я как прочел сценарий „Операции „Ы“, понял, что фильм обречен на успех, – ничего подобного в нашем кино тогда не было“. Утвердив Демьяненко, Гайдай решил поменять имя главному герою: из Владика он превратился в Шурика.
«Операция „Ы“ вышла на широкий экран в 1965 году. Для Демьяненко прокат того года был по-настоящему урожайным, поскольку, кроме этого фильма, тогда на экраны страны вышли еще две картины с его участием. Только это были не комедии, а фильмы, относящиеся к героико-приключенческому жанру. Причем в обоих фильмах молодой актер играл… бесстрашных чекистов, но из разных времен: в „Сотруднике ЧК“ это был начинающий сотрудник „чрезвычайки“ времен