由韓三平、黃建新執導的《建黨偉業》集合了108位明星出演，有劉燁、馮遠征、張嘉譯、李晨、李沁、周潤發、潘粵明、劉德華、陳坤、聶遠、張震等，劉德華 飾演蔡鍔，中華民國初年的傑出軍事領袖，劉德華臉龐的清瘦，同時目光如炬，與我在老照片上看到的蔡鍔形象幾乎如出一轍，然後，劉德華的身量、氣質很適合民國的軍服，英氣逼人。蔡鍔一生中，做了兩件大事：一件是辛亥革命時期在雲南領導了推翻清朝統治的新軍起義；另一件是四年後積極參加了反對袁世凱稱帝、維護民主共和國政體的護國軍起義。所以在影片中，劉德華在戲中提出對全民進行軍事教育、軍事訓練，以提高國民素質。《建黨偉業》中除了馬少驊飾演的孫中山以外，幾乎沒有一位特型演員出演角色。製片方強調是“為了增強觀眾對電影的新鮮感。”“這次在演員的選擇過程中做了大量的工作，按照形象、演技和表演風格來綜合考慮。所以儘管起初大家都有質疑，但是一上妝他們就自然打消了自己的顧慮，很容易進入到角色中，而事實也證明他們都很好的勝任了影片的角色。”
《建黨偉業》最終版說明書上列出了109人主要演員名單，與之前曝光的173人陣容大相徑庭。於是觀眾在電影院中還有一個樂趣是數星星，范冰冰飾演清朝光緒皇帝的皇后隆裕。周迅飾演婦權解放運動成員王會悟，Angelababy則擔任小鳳仙一角，鄧小平的扮演者是韓庚，而胡杏兒也有份參演，雖然沒在主演名單上看到，但據說片中她有一秒鐘的戲份，還是周潤發替她求情，留下一秒鐘。
吳宇森此次在《建黨偉業》中飾演林森。這是一個重要歷史人物，晚清名士，曾任國民政府主席、國民黨中央政治委員會代理主席。飾演朱德的廖凡也表示，“我在拍戲之前也很擔心，害怕不像朱德，後來上了妝我才寬心。”吳彥祖扮演的胡適，不僅僅扮相像，連氣質、說話的感覺都很“胡適”。劉燁扮演的毛澤東，在辛亥革命後亮相，劉燁高大的個子、經過化妝後更大的雙眼，使得青年毛澤東散發出卓然不群的氣質。
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