汤姆·克鲁斯饰演施陶芬贝格上校，本片主角：陆军上校，负责安放炸弹。
肯尼斯·布莱纳饰演亨宁·冯·特里斯科夫少将：是计划的主导；在计划成形前，由于职务调整，被调到外地。
比·乃尔饰演弗利德利希·欧布利特将军：在剧中认为应该慎重确认希特勒已死亡，才可以启动“瓦尔基里”。
TerenceStamp饰演路德维希·贝克：退役陆军上将（退役前担任国防军陆军总司令部总参谋长），如果行动成功，将以他在军方与民间的威望，出任临时元首来稳住德国。
汤姆·温金森饰演斐德烈·佛洛姆将军：预备军司令官（CommanderinChiefoftheReplacementArmy），事先由欧布利特将军与施陶芬贝格上校在办公室内告知有刺杀计划，但未向希特勒举发。
卡莉丝·范侯登饰演施陶芬贝格的妻子：妮娜·申克·格雷芬·冯·施陶芬贝格(NinaSchenkGräfinvonStauffenberg)。
克文·麦纳利饰演卡尔·戈尔德勒：前莱比锡市长；一旦行动成功，将担任德国临时总理，并负责宣告停战且出面与同盟国协商。
大卫·施科菲尔德饰演埃尔温·冯·维茨莱本元帅：一旦希特勒死亡，他将由临时政府授命为最高将领，对各地德军发布停战命令。
克里斯顿·伯克饰演阿伯克特·默兹·凡·克恩海姆上校：在剧中要求上司－欧布利特将军必须在施陶芬贝格完成引爆后，立即启动“瓦尔基里”。
杰米·帕克饰演维纳·冯·海夫顿：史陶芬柏格的副官。
艾迪·伊萨德饰演埃里希·菲尔基伯尔：狼寨的通讯管理者，施陶芬贝格的内应，预定在爆炸后切断狼寨与外界的通讯。
大卫·巴姆巴饰演阿道夫·希特勒：事发当日与幕僚在东普鲁士开会。
托玛斯·克里什曼饰演奥托·恩斯特·雷莫：国防军少校，在逮捕宣传部长约瑟夫·戈培尔前，在电话中听出希特勒的声音，最后他依据希特勒的指示，回头率领军队生擒“瓦尔基里”参与人。
哈维·福雷德曼饰演约瑟夫·戈培尔：宣传部长，希特勒的心腹。
肯尼思·克兰姆饰演威廉·凯特尔将军：作战局长，希特勒的心腹。
马夏斯·弗莱霍夫饰演海因里希·希姆莱。
安通·艾尔格朗饰演阿尔伯特·斯佩尔：帝国军需部长，并负责使柏林成为世界首都的都市计划，希特勒的心腹。
瓦尔纳·德恩饰演厄内斯特·约翰·范·弗里延德：最后一刻好意协助施陶芬贝格上校提领皮箱进入会议室，但由于炸药爆发时，站得远而幸免。
