《火线三兄弟》主要演员及角色介绍如下：
田大林由张涵予饰演
田大林是田家长子，曾为国民党军人，性格沉稳内敛，战场上的枪神。他在中条山战役中目睹全军覆没，精神受到极大创伤，后至北平寻找战友遗孀王慧芸。加入锄奸团后，他成为让日军闻风丧胆的暗杀高手，最终借零件加工手艺深入日军细菌工厂，帮助摧毁日军阴谋。
张涵予，1964年出生于北京，中国内地男演员，毕业于中央戏剧学院表演系。代表作包括《集结号》《智取威虎山》《湄公河行动》等，曾获金马奖、百花奖、金鸡奖等多项最佳男主角奖。
田二林由刘烨饰演
田二林是田家次子，北平厨师，为人机敏好学。他冒名顶替日本厨师小泉进入料理店，逐渐成长为坚定的地下党员。他与王慧芸假扮夫妻，共同完成组织任务，最终动员兄弟摧毁日军细菌计划。
刘烨，1978年生于吉林长春，中国内地男演员，毕业于中央戏剧学院表演系。代表作包括《蓝宇》《血色浪漫》《追凶者也》等，曾获金马奖最佳男主角、金爵奖最佳男主角等荣誉。
田三林由黄渤饰演
田三林是田家老幺，为人机灵，从土包子混成黑帮老大。他初到北平投奔二哥，后加入梁文山黑帮，为保梁家父女安危上位成为北平城老大。最终在民族大义下与兄弟同仇敌忾，反击侵略。
黄渤，1974年出生于山东青岛，中国内地男演员，毕业于北京电影学院表演系配音专业。代表作包括《疯狂的石头》《斗牛》《人再囧途之泰囧》等，曾获金马奖最佳男主角、华鼎奖最佳男主角等荣誉。
田母由迟蓬饰演
田母是典型山东农村老妇，善良隐忍，刚正不阿。她随三林逃荒至北平，虽不知三个儿子均暗中抗日，但始终是兄弟团结的核心。
迟蓬，出生于山东蓬莱，毕业于山东省话剧团学员班，中国内地女演员。曾凭《红叶，在山那边》获飞天奖最佳女配角奖。
梁雅优由李梦饰演
梁雅优是黑帮豪门小姐，怀抱爱国热情，组建锄奸团后身份暴露，被高木胁迫成为棋子，最终为获取日军细菌试验消息献出生命。
李梦，出生于湖南长沙，中国内地90后女演员，毕业于北京电影学院表演系。代表作包括《白鹿原》《天注定》《致青春2》等，曾随《天注定》剧组亮相戛纳国际电影节。
王惠芸由孙宁饰演
王惠芸是田大林战友遗孀，看似柔弱实则极有主见。她与大林日久生情，儿子被杀后决心抗日，后与二林假扮夫妻完成任务，最终参与摧毁细菌计划的行动。
孙宁，出生于江苏南京，毕业于中央戏剧学院表演专科班，中国内地女演员。代表作包括《金粉世家》《京华烟云》《老大的幸福》等，曾获新农村电视艺术节最佳女主角奖。
