文为均 (赵文瑄 饰)
美国普林斯顿大学密码学博士，回国后担任中央大学教授，抗战爆发后投笔从戎，担任军事委员会密电所所长一职，中将军衔。他和自己的同学，来自日本的山本康夫共同爱着一位日本姑娘青田秀，但出于种种原因，青田秀选择了山本康夫，而中日开战，他和山本康夫也终于成为了对手，这也注定了三人悲剧性的命运。
山本康夫 (冯远征 饰)
文为均的好友兼大学同学。他和文为均同喜欢一名日本女子青田秀，最终娶她为妻，回国后担任东京帝国大学教授，为了保护因反战而被日本军方拘捕的妻子青田秀，他被迫为日军情报部编写新的密码，并在表兄山本五十六的诱导下走向军国主义道路，成为了日本一系列军事密码—“紫码”的缔造者。
王浦江 (刘灿 饰)
中共地下党员，在国民党内部潜伏，成为了军委会调查室行动处处长。他曾是林平的爱人，但为了保护林忠强的身份不被暴露，不得不以“负心行动”断绝了与林平的关系。
青田秀 (邬倩倩 饰)
日本贵族青田直之女，文为君和山本康夫的同学。她本喜欢文为均，但由于种种原因嫁给了山本康夫。与她父亲一样，是个反战的代表，也正是因为她坚持在报纸上发表反战言论，最终被日本军方拘禁，而狂热的战争使她的两个女儿和丈夫成为了军国主义的殉道品。
山本五十六 (三浦研一 饰)
日本海军大将、联合舰队总司令，山本康夫的表兄，军国主义者。在他的引导下，为了在军国主义情绪高涨的日本保护青田秀的安全，山本康夫走上了军国主义道路。由于“紫码”被破，座机被美军击落，葬身鱼腹。
山本惠子 (万妮恩 饰)
山本康夫与青田秀的长女，为了洗清反战的母亲带给自己的“耻辱”，她带妹妹芳子偷偷报考了“中野特务学校”，最终于成为日本王牌特工“郁金香”长期潜伏在重庆。在“紫码二号”破译的最后时刻，她带领队血洗时快密电所，最后行动失败，她死在了老对手王浦江的枪下。
山本芳子 (石佳淇 饰)
惠子的孪生妹妹。被安排刺杀钱德勒，后与他相爱，决心共赴美国，却在最后为保护钱德勒被姐姐误杀。
徐雅兰 (项星 饰)
文为均出国前的未婚妻，文为均因忘不了青田秀没有接受她。为忘掉文为均，她在乡村小学教书。当再次回到文为均身边的时候，被厉峰发展为军委会特工，任务是监视文为均。在与文为均的生活中，她爱上文为均，当文为均真正热爱她的爱情时，她的特务身份使她觉得愧对情感，最终以生命的代价捍卫感情。
小野平 (雷牧 饰)
青田芳子在特工学校时的恋人，被学校发现后被作为空投特工。青田芳子本以为他早已死去，后来发现他被空投重庆，栽赃文为均。
川岛一林 (贾宗超 饰)
青田惠子手下，并在长期的工作中爱上了这位女上司，但惠子早已经将自己的生命交给了这场战争，始终没有接受她的情感。在最后的行动中，他为保护青田惠子在激战中被击毙。
陈克 (王旭峰 饰)
中共地下党的领导人，是一系列地下行动的领导者和指挥者。林忠强、毛祖和与文为均留学时的好友。在他的感召下，林忠强成为了中共地下党秘密党员。
林忠强 (刘德凯 饰)
中共地下党员，国民党师长，在南京保卫战中英勇牺牲，临终前将两个女儿—林平和林琴托付给陈克。
厉峰 (狄剑清 饰)
军事委员会调查局副主任，特务头子，一心想控制密电所，对文为均百般排挤，并派徐雅兰监视他的行动，并把共产党当作头号敌人。
毛祖和 (牛宝军 饰)
军事委员会机要室主任、密电所第一副所长，曾经在法国学习军事，是林忠强的同学。后升任军事委员会副秘书长。
钱德勒 (曹操 饰)
美国海军密码之父，上将高薪聘请的军事委员会技术研究室顾问。本想以“紫码”的破译而重返美国军界，却遭色诱，爱上了日本间谍青田芳子，在他的劝说下，青田芳子决心与他回到美国生活，却被青田惠子误杀，钱德勒黯然回到美国。
韦国平 (赵煊 饰)
调查室电讯处处长，后出任军事委员会密电所副所长。原本是厉峰最信任的左膀右臂，却是汪伪政府派出的特务，最终死在王浦江枪下。
林平 (海陆 饰)
林忠强长女，南京保卫战中被陈克救下，后加入中共地下党，被派往重庆，成为郭忠良的联系人，在假扮夫妻的生活中，郭忠良渐渐爱上了林平，而林平却始终忘记不了王浦江。
林琴 (石小群 饰)
林忠强次女，中央大学政治系的学生，开学第一天就爱上了全校最年轻的教授黄永青。在日军进入南京后，为了保护黄永青被日军俘获，经历了人生无法想象的痛苦。
黄永青 (黄维德 饰)
文为均的得意门生，军事委员会密电所秘书长、少将，原为中央大学数学系教授。他爱上了自己的救命恩人林琴，但重新回到密电所的林琴却对她冷漠起来，因为她经历了无可想象的痛苦，只能将这份感情沉淀。最终，在惠子血洗密电所的行动中，为了保护林琴而中弹身亡。
郭忠良 (刘冠翔 饰)
中共地下党员，密电所二处处长，是黄永青最得意的门生，为破译紫光密码做出了重大贡献。
张诚 (杜雨露 饰)
青田直 (郑天庸 饰)
小川 (威力 饰)
高桥 (隋存义 饰)
胡茵梅 (闫福荣 饰)
石原莞尔 (于清斌 饰)
陈凤珠 (李艳秋 饰)
兰斯 (舒友民 饰)
杜克 (安德烈 饰)
史密斯 (小龙 饰)
克莱恩 (墨瑞 饰)
松井石根 (于朝红 饰)
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