《天狼星行动》作为一部聚焦抗战时期女性特工团队的谍战剧，其演员阵容在角色塑造与演技呈现上备受关。以下为该剧主要演员及角色介绍：
周知 饰 陈秋雪 剧中饰演天狼星小队队长，冷静果敢，擅长狙击与格斗。她以飒爽的短发造型和凌厉的动作戏，将角色的坚毅与柔情交织展现，成为团队的灵魂人物。 刘恩佑 饰 廖武 饰演中共地下党成员，身手矫健，性格沉稳。作为小队的武力担当，他与陈秋雪在合作中逐渐产生默契，其亦正亦邪的复杂人设为剧情增色不少。 梁爱琪 饰 王春梅 天狼星小队的“军师”，精通密码破译与情报分析。梁爱琪以细腻的演技诠释了角色的智慧与冷静，成为团队的智囊核心。 吕一丁 饰 德川幸之助 日军特高课课长，心狠手辣，是天狼星小队的主要对手。其精准的反派演绎，将角色的阴鸷与偏执刻画得入木三分。 朱子岩 饰 阿玉 小队中的爆破专家，性格活泼开朗，在紧张的任务中时常带来轻松氛围。朱子岩的表演赋予角色鲜明的层次感，展现了女性特工的多面性。 赵英龙 饰 李银龙 国民党军统特工，与天狼星小队时而合作时而对立。其硬朗的外形与亦正亦邪的表现，为剧情增加了多重矛盾冲突。 冀贞贞 饰 石瑾 小队成员，擅长伪装与潜入。冀贞贞通过眼神与肢体语言，将角色的机敏与坚韧传递给观众，成为团队中不可或缺的力量。以上演员以扎实的演技构建了《天狼星行动》中鲜活的人物群像，他们的对手戏与角色成长线共同推动了剧情的紧凑发展。不同性格的角色在抗日背景下的命运交织，展现了谍战剧的张力与深度。