《长空铸剑》的主要演员包括吴京安、牛莉、胡亚捷、白志迪、王新军和杨树泉。
吴京安在剧中饰演萧广隶，107师新任师长，一个情感丰富、多谋善断、敢闯敢拼的空军飞行员。他作为改革派，有着大胆改革、锐意进取的新型指挥观念，但因一心扑向工作而牺牲了个人生活。
牛莉饰演成果，飞参室管理员，一个漂亮而有才华的女工程师。她性格刚强又不失柔和，还带点俏皮。在剧中，她率先发现了军内以往飞行训练的真相，并与萧广隶协定保密，同时作为技术人员潜心进行科研攻关。
胡亚捷饰演贺鹏，321团团长，一个年轻热血、为人实在的飞行员。他梦想着驾驶蓝鲨战斗机，却因自己率领的部队没有装备而有些怀才不遇。随着剧情的发展，他逐渐成熟，最终实现了愿望。
白志迪饰演康良宇，军区空军司令员，是第一个击落B—17战机的空军英雄。他关心下级的成长，深得部属的敬重，但与下级脱离，不了解基层工作的具体情况、人才的运用和管理问题。
王新军饰演魏山河，蓝鲨团团长，沉着冷静，技术过硬。他领导着装备新型战斗机的飞行员展开了补训，并在飞机起火时不顾个人安全成功迫降，受到赞扬。
杨树泉饰演季浩苏，107师新任政委，考虑周详、见识甚广。他平日里严肃又不缺乏人情味，和萧广隶在观念上总是出奇一致，并且时时在萧与保守派间从中调和。
