電影《三大隊》的主演是張譯、李晨、魏晨、曹炳琨、王驍等。
1、張譯
在《三大隊》中飾演程兵。張譯（原名張毅），1978年2月17日出生於黑龍江省哈爾濱市，中國內地男演員。1997年至2006年服役於北京軍區政治部戰友話劇團。2006年，因主演軍事勵誌題材電視劇《士兵突擊》正式開啟演藝生涯。
2、李晨
在《三大隊》中飾演楊劍濤。李晨，1978年11月24日出生於北京市，中國內地影視男演員、導演、監制、賽車手，畢業於北京群星表演藝術學校。1997年出演個人首部電視劇《十七歲不哭》，從而正式進入演藝圈。1998年主演警匪劇《刑警本色》。2002年在清宮劇《十三格格》中飾演男主角七貝勒。
3、魏晨
在《三大隊》中飾演徐壹舟。魏晨（Vision Wei），1986年2月22日出生於甘肅省蘭州市，中國內地影視男演員、歌手，畢業於四川音樂學院流行歌舞系。2007年，因參加《快樂男聲》獲得全國總決賽季軍，正式出道。2008年1月，推出個人首張EP《樂天派》。2009年，主演的青春偶像劇《壹起來看流星雨》創下收視紀錄。
4、曹炳琨
在《三大隊》中飾演蔡彬。曹炳琨，1983年3月25日出生於北京市東城區，中國內地影視男演員，畢業於北京電影學院大專班。2008年，憑借在電視劇《潛伏》中飾演的謝若林壹角而成名，並因此獲得2009年南方盛典年度最佳新人獎。
5、王驍
在《三大隊》中飾演馬振坤。王驍，1978年5月4日出生於江蘇省南京市，中國內地男演員。2010年王驍因出演情感倫理劇《迷失洛杉磯》而進入觀眾視野，之後參演電視劇《夏妍的秋天》和《下南洋》。2012年參演都市商戰懸愛大戲《盛夏晚晴天》，而受到廣泛關註。