出品人：韩三平 杨受成 庄澄 史东明 杨步亭 张国立
总导演：韩三平
总策划：张和平
导演：黄建新 张国立 陈可辛 陈凯歌
编剧：王兴东
制片主任：高成生 陆国强
摄影指导：赵晓时
美术指导：赵 京
化妆指导：王希钟
录音指导：王丹戎
作 曲：舒 楠
主题曲：《追寻》
演唱：孙楠
★唐国强(饰演毛泽东)
这是他从1996年以来第14次在银幕上扮演毛泽东，今年唐国强56岁，而1949年的毛泽东，正好也是56岁。经过多年的揣摩，唐国强无论是从气质还是形象，都非常切合当时毛泽东的状态。
★张国立(饰演蒋介石)
张国立透露，最开始自己辞演这个角色，就是因为觉得和人物外形差距大，后来在韩三平的多次劝说下才答应出演。他说为了让自己的外形像蒋介石，“我拼命减肥！每天只吃一顿饭，饿得头昏眼花，半个月时间，从146斤瘦到135斤。”张国立还表示，“一般特型演员化装要花费很长时间，像我化蒋介石的装，需要4小时。拍摄前还要垫鼻子，戴牙套，很辛苦。”
★许晴(饰演宋庆龄)
说到自己演的宋庆龄，许晴曾表示：“导演找到我，希望我演宋庆龄，说我特别合适。其实在中国，要找谁特别像宋庆龄是很难的，再说我也不是那种特型演员，我也不会迅速吃成宋庆龄那么胖，还要扮成比我大很多的宋庆龄。他们看中的可能是我的‘神似’吧，导演希望一个有‘气场’的人来演宋庆龄，于是找到了我。”
★邬君梅(饰演宋美龄)
继《宋家三姐妹》之后，邬君梅再度扮演宋美龄，她说12年后再演宋美龄，自己演戏的感觉成熟了，连穿旗袍的感觉都不一样了。谈及和“蒋介石”张国立的合作，邬君梅称一到片场就喊张国立“darling(亲爱的)”培养感觉。
★陈坤（饰演蒋经国）
在历史上第一位饰演蒋经国这一角色的陈坤，给观众们展现了他前所未有的硬朗形象。制片人韩三平，导演黄建新、陈凯歌都对陈坤的表现赞赏有加，称陈坤的表现出乎他们的意料。韩三平更是表示，陈坤演出了一个军人的气质。重头戏是与张国立饰演的蒋介石之间的父子之情和与冯小刚饰演的黑帮老大的冲突。
★李连杰(饰演陈绍宽)
他在片中一袭黑色制服、头发梳得油亮。他的戏份是在吧台边，喝着红酒与一位老者聊天，台词只有三句：“八年了，为国捐躯，那是种荣誉”、“再打？打谁？中国人打中国人，到时候我不干”、“我要解甲归田”。据悉，片酬过亿的李连杰出演这个角色并不收取任何报酬。
★刘德华(饰演俞济时)
蒋介石侍从室主任俞济时戏份虽然不多，但台词颇多，刘德华只花了12个小时就完成了自己的戏份。剧情讲述蒋介石密谋在开国大典时轰炸北京，交由刘德华扮演的副官俞济时来执行。但老蒋派出的飞机从台湾起飞，到北京要飞三四个小时，而且轰炸后飞机因油不够很难飞回去了，当时俞济时出主意，说希望借用韩国的美军基地，最后遭到美军拒绝，阴谋破灭。
★成龙(饰演记者)
客串一名采访时任国民党革命委员会主席李济深的记者，梳着那个时代比较流行的“包头”，换上了当时流行的中山装，成龙尽管只是客串一个镜头，据说带了14个助手，当然成龙客串《建国大业》也是“零片酬”。
★黎明(饰演蔡廷锴)
黎明在片中客串首届全国政协会议民主党派代表蔡廷锴，他褐色西装、背头的造型，与其在《半生缘》中的沈世钧极其相似。黎明表示虽然很多演员在片中都是客串，彼此无法见面，但想到这么多演员会出现在同一部电影里，确实是一件有趣的事情。
★冯小刚(饰演杜月笙)
杜月笙是上海滩的黑帮老大，冯小刚的造型是黑色中式短衫搭配尼龙礼帽，典型旧上海风格的小圆黑墨镜，身边经常是十多位黑帮护卫，无论从扮相还是阵势，这个杜月笙和他在《功夫》中扮演的“鳄鱼帮老大”都有几分相似。
★陈凯歌(饰演冯玉祥)
他的戏份出现在影片的开始部分，不过一出场就遇难了。作为国民党革命委员会的创始人之一，毛主席曾给他写信邀请他参加政协会议。
★姜文(饰演毛人凤)
毛人凤是国民党军统头子，姜文穿军装、叼雪茄，派头十足。姜文的戏份也不多，他的重头戏是与“蒋介石”张国立的秘密商谈。姜文的台词说得干脆利落，导演韩三平也忍不住喝起了彩。
★陈道明(饰演阎锦文)
阎锦文是国民党时期上海警备司令部高官，戏中讲述毛人凤要对当时民盟领导人张澜和罗隆基动手，陈道明的主要戏份是以起义将领身份营救张澜。因为这部戏里参演的大导演不少，除了总导演韩三平，还有黄建新、张国立、陈可辛、陈凯歌等4位执行导演，或许是担心导演意见太多，陈道明在演戏时半开玩笑地问：“这么多导演，我听谁的？”
★葛优(饰演卢广声)
据导演黄建新透露，葛优的台词和场景相当有喜感。主要戏份是担任解放军团长的葛优，他的排长下属向他报告，说前面有家地主的院子很大，又很坚固，大炮都打不过去，结果葛优过去发现：“这不是北京城墙吗？怪不得那么结实。”
★胡军(饰演顾祝同)
顾祝同曾担任国民党陆军总司令、国防部参谋总长，胡军在戏中也仅仅有3场戏、5句台词、零片酬出演。对于安排演什么角色，他从没挑剔过，坚决服从安排。他说《建国大业》是电影圈的朋友们第一次聚这么齐，人这么多，很好玩，很有趣，关于戏份，“我比李连杰还多十多个字呢！”
★孙红雷(饰演胡立伟)
胡立伟在戏中是《中央日报》记者，只有两句台词，但他采访的是“毛泽东”和“蒋介石”，片中“毛泽东”和“蒋介石”分别从两侧走下楼梯，在楼梯的交汇处握手留影。此时，孙红雷第一个提问：“我是《中央日报》的记者，我注意到蒋主席和毛先生今天都穿了中山装，请问在这样一个特别的日子里穿一样的着装是否有什么特别的意义？”第二个问题是追问两党在政治和军事上是否有共同点。
★章子怡(饰演文化界代表)
她扮演参与国旗设计方案讨论的文化界代表。她梳起头发，穿上卡其色上衣，胸口别着红色的代表条，十足上世纪50年代的妇女代表，戏中她认为五颗金星的设计很好，非常令人激动。
★甄子丹(饰演音乐家田汉)
甄子丹透露，戏中自己的对白虽然不足10句，但是也不轻松，“这可能会是我所经历的剧情中最严肃的一幕了。”他的主要戏份是有关国旗的评定，他将第一轮淘汰的五星红旗选稿提选出来，坚持五星红旗比较适合作为国旗。
★赵薇(饰演革命女代表)
她在片中与田汉、周恩来等人讨论国歌国旗，她反对田汉的歌词，认为歌词不适合新中国国情。
★陈好(饰演傅冬菊)
陈好饰演片中最重要的三位女性人物之一的傅冬菊，在和平解放北平的过程中，她对父亲的劝说起到了至关重要的作用。两人不但在国家大义的上同心同德，父女感情也是相当深厚。她在片中有4场戏，基本都是和父亲傅作义演对手。本来她的戏已经在11日全部完成，但由于表现出色，突然接到导演组的通知，说后面又为她加了一场。
★刘烨 (饰演红军老兵)
该红军老兵因为喝醉而被取消参加阅兵，他不服气要找毛主席评理，最后冲到阅兵现场向毛主席作报告。为了演好醉酒老兵，刘烨在戏前还特意喝了两瓶啤酒，“醉酒大闹”演得活灵活现，还受到陈凯歌导演的称赞。
★张涵予(饰演神秘人物)
扮演一名毛主席身边的神秘人物，虽然没有什么官衔，身份却非常特殊。除了与毛泽东的扮演者唐国强以及厨师范伟演对手戏外，还有一场内心戏。
★冯远征 (饰演傅泾波)
扮演司徒雷登私人秘书傅泾波，有三场戏，剧中大部分台词是用英文完成的。黄建新称赞冯远征可以拍全英文戏了。
★黄圣依 (饰演播音员)
扮演一名延安战地播音员，穿着军装梳着两条长辫子，年轻而靓丽，在片中她要表现出热情的革命精神、高度的政治觉悟，把当时共产党的施政纲领、部队纪律和百姓心声传达给解放战区。
★黄晓明 (饰演李银桥)
李银桥是毛泽东卫士长，与饰演毛泽东的唐国强和客串厨师的范伟大演对手戏。黄晓明参与拍摄的内容讲述的是在1948年的轰炸中，他命令用担架强行将毛泽东救出的故事。
★王学圻 (饰演李宗仁)
说起自己扮演的李宗仁，王学圻说：“我翻阅了不少资料，李宗仁在历史上是一位帅才，也很有自己的人格魅力，这部电影对他的评价很客观。我扮演李宗仁在‘形’方面肯定不能尽善尽美，但求在‘神’上能够贴近人物吧。”
★邓超 (饰演徐悲鸿)
邓超扮演爱国画家徐悲鸿先生。不同于其他演员严肃的暗色系中山装，他的造型是白色衬衫黑色马甲，是为了符合徐悲鸿先生曾留洋国外的经历。他在评选国旗国歌时力挺田汉，表现也比其他人更加活跃和轻松。
★佟大为 (饰演孔令侃)
孔令侃是孔祥熙的大儿子，佟大为在戏中西装革履、小分头、翘着二郎腿、骄气的神情，颇有公子哥的架势。佟大为说：“孔令侃可不是公子哥这么简单，他在商界是个很厉害的人物，公子哥的性格那只是他的一面，因为他做生意确实是继承了他父亲的一些能力。
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