События фильма «Случай с Полыниным» разворачиваются летом 1941-го года в первые дни войны. Главная героиня – молодая московская актриса Галина Прокофьева, которая с коллегами едет на фронт с выступлением, чтобы поддержать бойцов. Там Галина знакомится с командиром авиационного полка Полыниным, который услышав ее голос, влюбляется. А артисты едут дальше, ведь нужно выступить перед другими бойцами. Суровый офицер остается на войне, но песни Галины Прокофьевой остаются в его сердце. Полынин остается с этим чувством, иногда пишет письма актрисе и верит, что эта девушка станет его женой. Все долгих четыре года Полынин воевал и думал о Глине, что возможно спасло ему жизнь…