- 张译 饰演 程兵：三大队队长，经验丰富，性格沉稳，因意外事件蒙冤入狱，出狱后坚持追查真凶。
- 李晨 饰演 蔡彬：程兵的得力助手，身手矫健，忠诚可靠，始终追随程兵参与追凶行动。
主要演员
- 魏晨 饰演 徐一舟：三大队年轻警员，热血冲动，后期成长为团队核心力量。
- 曹炳琨 饰演 马振坤：前三大队队员，刑满释放后转行经商，内心仍心系案件。
- 王骁 饰演 廖健：技术型警员，擅长数据分析，为案件侦破提供关键线索。
- 张子贤 饰演 杨剑涛：性格圆滑，出狱后从事底层工作，后加入追凶队伍。
特别出演
- 张歆艺 饰演 李菊：受害者家属，推动案件重启的关键人物。
- 黄志忠 饰演 潘大海：退休老警察，为程兵团队提供帮助和指导。
其他演员
- 刘奕铁 饰演 小徐：年轻警员，崇拜程兵，参与案件后续调查。
- 何廖侣匀 饰演 阿哲：街头混混，掌握案件相关线索。
- 王梓尘 饰演 赵小麦：程兵狱友，出狱后成为其生活中的支持者。
友情客串
- 范雷 饰演 刘队长：现任刑警队长，对程兵团队的行动持观望态度。
- 高至霆 饰演 陈鑫：犯罪嫌疑人团伙成员，案件突破口人物。
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三大队全部演员表名单介绍
领衔主演