刘昊然饰演沃德乐,流浪兄弟之哥哥。
陈飞宇饰演哈扎布,流浪兄弟之弟弟。
田壮壮饰演老李,村官,退休扶贫办主任。
江珊饰演李婶,老李妻子。
徐峥饰演节目主持人。
刘涛饰演小美妈妈。
马伊琍饰演赵启美,海归物理学家。
张建亚饰演张伯伯。
杜江饰演朱涛,升旗手。
林治远,由黄渤饰演。开国大典设计电动升旗装置的工程师,他克服了恐高症,完成了这项任务。
高远,由张译饰演。参与***研制的青年科学家。
方敏,由任素汐饰演。高远的恋人,她一直在寻找高远的下落。
陈冬冬,由吴京饰演。小男孩时的乒乓球教练。
朱涛,由杜江饰演。负责天安门广场的整理工作。
莲姐,由宋佳饰演。朱涛的爱人。
张北京,由葛优饰演。帮助林治远完成升旗任务的工作人员。