陈思诚透露在《人生大事》还未上映前,他就邀请朱一龙出演本片,原因是看中了他对诠释角色的巨大潜力。朱一龙表示,这部电影对他来说是一次很大的颠覆,尤其在前期准备人物方面做了很多功课。倪妮和文咏珊则分别用“突破”和“反差”来形容她们这次的表演。而怀揣理想投身前线的文工队战士文婕由马思纯饰演,作为抗美援朝战场上的一名文工队员,文婕长得漂亮、唱歌好听、会说英语,后来因受伤转战到敌工队的广播站工作,凭借广播宣传瓦解敌人斗志,是战场上无畏艰险的巾帼力量的化身;这也是国内同题材影视剧中首次对敌工科工作进行呈现。《侦察英雄》是马思纯在休息一年多后首次接拍的影视作品。在导演郑晓龙看来,马思纯无论是从年龄、气质还是整个人呈现出来的能量感,都非常符合这个角色。对于这次合作,马思纯充满期待,她表示:一直非常希望能有机会再次与郑晓龙导演合作。而且,文婕这个角色也符合她接戏的一贯标准,她非常希望通过这次合作让大家看到不一样的自己。