1、郭富城飾演劉傑輝
警務處處長。針對他的陰謀重重襲來,警務處處長位置岌岌可危,其妻兒又遭遇綁架,而妻子最終命喪歹人之手,爲揪出幕後大老闆,他說服已退休的前副警務處長李文彬出山。
2、梁家輝飾演李文斌
前警務處行動副處長。已退休,在劉傑輝的勸說下與之一同參與案件調查,隨後又發現自己的父親與幕後大老闆關係密切,而與他們共同上演了一輪鬥智鬥勇的戲碼。
3、楊采妮飾演樑紫薇
原公共關係科主管,現升職爲進階助理處長,再度成爲新晉警務處處長劉傑輝的左臂右膀。職責由警隊的發言人進一步轉變爲寒戰行動中的核心人員。
4、彭于晏飾演李家俊
李文斌之子,衝鋒車事件策劃人
5、周潤發飾演簡奧偉
資深大律師、獨立議員,他的出現將警隊內部的矛盾升級爲整個香港執法與律法之間的矛盾。
6、楊祐寧飾演何國正
前華裔英兵,退役的警隊精英。透着一股邪氣與陰狠,並桀驁不馴。