李易峰饰-陈深
剃头匠出身的他，是潜伏在汪伪特工总部首领毕忠良身边的特工。在非常时期加入共产党地下组织，并受命转投汪伪特工机关。无论从哪个角度看，他算是一个混得不错的上海白相人，有点儿职位，能呼风唤雨。但是浮华的背后，他是一名沉默的战士，经历着表面波澜不惊、实则惊心动魄的战斗。他对党无比忠诚。
周冬雨饰-徐碧城
她浪漫多情气质出众，被临时安排为唐山海妻子，共赴上海汪伪特工机关卧底。她爱陈深，却不能明言。她不爱唐山海，却由于他的死，得到了真正的成长。于诡谲狼穴中凤凰涅盘，在生死线上华丽转身。她变得寡言、自信，最终复仇，完成任务，却仍得不到内心的平静。
张若昀饰-唐山海
军统特工，深爱着徐碧城，是她名义上的丈夫。他有爱情，有梦想，温文尔雅，对陈深的共产党身份不屑一顾。但同作为潜伏者，他们必须要合作。
阚清子饰-李小男
电影公司演员，爱慕陈深
尹正饰-苏三省
原军统上海站副站长，叛投汪伪，喜欢李小男，一个心狠手辣的大帅比汪伪特工队队长，野心满满，行事凶残，但内心深处也有柔软的一面，渴望一份温暖的爱。
张鲁一饰-毕忠良
汪伪特别行动处处长，陈深的顶头上司，因曾在战场上被陈深救回了一条命，而与陈深情同兄弟。因抓捕宰相开始对陈深怀疑，并步步紧逼，设下重重杀机。
李小冉饰-沈秋霞
麻雀的上线宰相信仰坚定的革命主义者，因为叛徒出卖而被捕。为了信仰和亲情，毅然放弃陈深精心策划的营救，决然慷慨就义。
刘珈彤饰-柳美娜
特别行动处档案室管理员
王婉娟饰-刘兰芝
毕忠良的妻子
王劲松饰-李默群
毕忠良的顶头上司，徐碧城的舅舅
史超饰-刘二宝
毕忠良在行动处的心腹
杨政饰-扁头
陈深在行动队的得力助手
陈冠宁饰-钱秘书
毕忠良的秘书
张大宝饰-吴龙
毕忠良的线人
吴云飞饰-陶大春
军统飓风队队长暗恋着徐碧城
孙信宏饰-皮蛋
陈深发展起来的进步青年