이병헌 이수혁 병장 역. 대한민국 육군 유엔사 경비대대 소속의 제대가 얼마 남지 않은 군인으로, 남자다운 성격이지만 갑작스러운 상황에서는 유약한 모습을 보이기도 한다. 이수혁 병장 역에는 차인표, 이정재가 후보에 오르기도 했다. 박찬욱 감독은 보통 사람의 느낌을 주고 싶어 이병헌을 캐스팅했다고 밝히는 한편, 이병헌이 과거에 출연했던 영화가 줄줄이 흥행에 실패했기 때문에 캐스팅을 망설였다고 밝혔다.
송강호 오경필 중사 역. 조선민주주의인민공화국 조선인민군 소속의 군인. 여러 나라를 다니며 10년이 넘게 군생활을 해왔기 때문에 노련미가 있다. 본래 이 역할은 최민식을 섭외하려고 했으나, 《쉬리》에서 북한 장교 역할을 맡았다는 이유로 고사하였다. 송강호는 이 역할을 위해 한 달 동안 북한말 테이프를 외우고 다녔다.
이영애 소피 장 소령 역. 스위스 육군 소속으로 중립국 감독위원회 수사관 자격으로 판문점에 찾아와 총기 사건의 진상을 수사해나가기 시작한다.
김태우 남성식 일병 역. 대한민국 육군 유엔사 경비대대 소속으로, 이수혁 병장의 후임이다. 부드럽고 온화한 성격으로, 이수혁 병장을 따라 북한군 초소로 가게 된다. 김태우는 우연히 들어온 시나리오를 읽어보고 마음에 들어 출연을 결정했다. 박찬욱은 역할의 비중이 작아 김태우가 이 영화를 맡지 않을 것이라 생각했다.<! -- 시네마 공장의 희망 376쪽 제 역할을 잘하려면 참을 줄 알아야 한다 영화배우 김태우 인디컴 시네마 -->
신하균 정우진 전사 역. 조선민주주의인민공화국 조선인민군 소속의 군인. 오경필 중사와 함께 근무하는 전사. 그림을 그리는 솜씨가 뛰어나며, 강아지를 키우고 있다. 제작자 심재명은 영화 《섬》의 캐스팅 단계에서 주목했던 배우 신하균을 섭외하였고, 시나리오 상의 캐릭터 이상을 연기했다고 호평하였다.
