电视剧的常驻演员，包括真下正义（反町隆史 饰）、他的妻子雪野（水野美纪 饰），以及在 THE MOVIE 2 中曾是反派、如今却成为亲密盟友的奥田仁美（真木阳子 饰），都欣然接受了出演《跳跃大搜查线》的新邀约。“我们让每位演员自行决定如何演绎角色随年龄增长后的变化。毕竟，他们最了解自己的角色。”制片人龟山千广说道，“我们只沟通了角色之间的关系。”
加入《跳跃大搜查线》的新阵容同样星光熠熠。
因在晨间剧《Boogie Woogie》以及电影《Love Life》和《火影忍者》中的精彩表现而闻名的朱里，饰演柴田云雀——一位精力充沛且行事鲁莽的“台东警署红云雀”。制片人龟山和导演本广克行长期以来都是她演技的忠实粉丝，在项目确定之际，便专门为她量身打造了云雀这一角色。“我觉得她应该比年轻时的堇（小泉今日子 / 深津绘里）更加鲁莽。我告诉朱里：‘如果谁会在执勤中第一个牺牲，那一定是你’，因为她总是直接冲进事件现场。”龟山解释道。
白鸟慎司饰演来自麻布中央警察署的三浦秋，他以冷静客观的眼光审视警务工作和案件。这是一个几乎无懈可击、风度翩翩的角色。看到经纪公司提供的资料后，龟山坦言自己瞬间被吸引，并表示：“在那一刻，我就已经做出了决定。”
在 THE FINAL 中被绑架并由青岛救出的真下与雪野之子悠树，在本片中回归时已跳级从哈佛大学毕业。他作为一名经理登场，说着夹杂英语的日语。这个难度极高的喜剧调剂角色通过试镜很难找到合适人选。随后，导演本广推荐了他的朋友 增田贵久（NEWS）。对于龟山来说，选择拍摄时年仅 39 岁的增田来饰演 21 岁的角色是一场赌博。然而他指出：“虽然有很多实际年龄更接近的优秀演员，但如果只要帅气，我们有三浦。年龄差制造了极佳的喜剧反差，也为故事增添了色彩。他看起来真的只有 21 岁。”导演本广也对此表示满意，称：“Masu-（增田）经验丰富，所以他把这个角色演得淋漓尽致。”
青岛的同学兼刑事一课课长北加健人，从一开始就存在于君冢良一为本片撰写的剧本中。在考虑选角时，龟山觉得与主演织田裕二同届毕业的 佐藤栞里 完美契合。佐藤曾在 THE MOVIE 2 中饰演过调查员，因此与设定并无冲突。作为本广导演的旧识，佐藤欣然同意出演。
佐藤二郎 也是本广导演的朋友，他在万众期待中加盟。他在片中饰演既是警察又是医生的笹方照，以其标志性的幽默与庄重并存的表演令人印象深刻。
此外，女性演员阵容也备受关注，包括正在拓展演艺事业的野口佳代；Momoiro Clover Z 的 多田爱佳；Sakurazaka46 的 藤吉夏铃；以及前 =LOVE 成员 齐藤渚。“当夏铃和渚并肩站立，再加上稍年长的 Shiorin（多田爱佳），还有野口佳代。这是一套强大的阵容。她们的表演非常精彩。”龟山表达了信心。
