《专列一号》主要演员表如下：
乔长军的饰演者是于震。于震是内地知名男演员，以出演军人硬汉形象闻名，凭借《五号特工组》《中国兄弟连》《南下南下》等电视剧中的出色表现，获得“谍战天王”“荧屏硬汉”的美誉。在《专列一号》中，他饰演的乔长军头戴军帽、身披军大衣，神情凝重，展现了卧底英雄面对抉择时的内心挣扎。
韩冰的饰演者是阿朵。阿朵是中国著名女歌手，出生于湖南省湘西自治州吉首市，土家族。2005年央视春晚，她以一曲《再见，卡门》走红，2007年登上《男人装》封面，创下全球销量超50万的纪录。她兼具民族热情与时尚魅力，舞台表演充满活力。在剧中，韩冰身着皮草黑大衣、戴黑色小礼帽、持银色手枪，是建国初期典型的女特工形象，在与乔长军假扮夫妻的过程中真心爱上对方，最终为其背叛组织。
盖振海的饰演者是陈楚翰（曾用名陈果），内地资深实力派演员。他主演过《专列一号》《圣天门口》《桐柏英雄》《大路上》等多部热播剧，演技扎实。在《专列一号》中，他饰演的盖振海是重要角色之一。
顾可依的饰演者是王晓晨，青年演员，毕业于上海戏剧学院。她因清秀大气的容貌和纯熟的演技被影迷昵称为“小汤唯”，并得到不少导演的称赞。她曾出演《苏东坡》《玫瑰江湖》《射雕英雄传》《谍变1939》等作品。在《专列一号》中，她饰演的顾可依是关键人物之一。
