Dans le train Paris-Marseille, une femme est assassinée dans son wagon-couchette. Au fur et à mesure, les autres occupants du compartiment deviennent à leur tour la cible du tueur et ce qui n’aurait pu être qu’une simple enquête sur un homicide se transforme en véritable chasse à l'homme pour l'inspecteur Grazziani chargé de l’enquête. Costa Gavras signe un polar de grande qualité avec «Compartiment tueurs». Étant un intime du couple Montand-Signoret qu’il rencontre sur le tournage du «Jour et l’Heure» et dans lequel il assistait René Clément, il pense à Catherine Allégret pour le rôle principal du personnage féminin bien que le film répartie équitablement la présence des différents protagonistes à l’écran. L’aide du couple Montand-Signoret a permis d’aligner une distribution copieuse composée de grands acteurs et de seconds rôles du cinéma français d'après-guerre, ce qui est totalement extraordinaire pour un réalisateur mettant en scène son premier film. Gavras fait confiance au jeune Jacques Perrin pour le sixième homme et confie le rôle de l’inspecteur Grazziani et son accent du Midi prononcé à Yves Montand. «Compartiment tueurs» mélange avec rigueur une enquête policière avec un tin d'humour noir incarné par le formidable Charles Denner dévoilant tout son amour pour la flicaille lors d’interrogatoires éprouvants. Si le film est globalement bien accueilli par la critique en France, il connaît surtout un succès retentissant outre Atlantique. Costa Gavras est bluffant, il s'avère être un véritable maître de la caméra et du rythme pour ce qui n’est qu'alors son premier film.