《我和我的祖國》扮演呂瀟然小時候的演員是張熙唯。張熙唯，來自遼寧錦州，2017年參演國內首檔明星夫妻育兒體驗觀察記《萌仔萌萌宅》節目，飾演有擔當的大姐姐，經常替袁弘張歆藝分擔家務，是袁爸歆媽的貼心小棉襖。
張熙唯，6歲（2017年），來自遼寧錦州，雖然外表漂亮軟萌，但是一舉一動都透露著北方人的直爽與豪氣。跟所有東北人一樣，說話自帶濃重的東北口音，女神和二人轉演員一秒切換。作為節目中最大的萌娃，熙熙各種貼心懂事，總是在弟弟妹妹需要的時候化身有擔當的大姐姐，還經常替袁弘張歆藝分擔家務，簡直是袁爸歆媽的貼心小棉襖。
2017年9月，出演由張雲龍、喬欣等領銜主演的都市情感劇《趁我們還年輕》，劇中飾演女主角林子渝的童年時期；12月，參加國內首檔明星夫妻育兒體驗觀察記《萌仔萌萌宅》節目。2018年1月，出演遼臺影視劇頻道《關東往事》系列劇，飾演小八路”。2018年2月8日，參加湖南衛視小年夜春晚的直播，助演任嘉倫新春賀歲歌曲《汪汪賀新年》。
《我和我的祖國》呂瀟然扮演者是宋佳。宋佳出生於黑龍江省哈爾濱市，上海戲劇學院表演系本科學士畢業。8歲起跟隨月琴演奏家馮少先學習柳琴，高中就讀瀋陽音樂學院附屬中等音樂學校。2000年本獲瀋陽音樂學院取錄，卻偶然在學姐範志博提議下，報考上海戲劇學院表演系並獲取錄，從而走上演藝之路。
2006年出演電影《好奇害死貓》開始嶄露頭角，並因此獲第26屆中國電影金雞獎最佳女配角提名；2012年，宋佳憑藉《懸崖》獲得第18屆上海電視節最佳電視劇女演員獎和第9屆中國金鷹電視藝術節最佳藝術表演女演員獎”；2013年憑藉主演電影《蕭紅》獲29屆中國電影金雞獎最佳女主角”、第9屆中美電影節金天使獎最佳女演員”。
影片中七個故事的主人公，只有《護航》，是以女性為第一人物的，也就是宋佳扮演的呂瀟然。她是中國空軍女飛行隊的隊長，是隊伍中最出色的女飛行隊員，然而為了保證閱兵飛行的順利完成，她接到通知擔任替補飛行員。倔強要強的呂瀟然第一反應，當然是不甘心，練習了成百上千次，而在這關鍵的時刻，卻無法上場。然而她是一名飛行員，服從命令是她的天職，最終她出色的完成了備飛任務，雖然沒有參與到閱兵儀式飛行隊伍中，她卻是最美的飛行員。
劉昊然在《我和我的祖國》飾演沃德樂，劉昊然在《白晝流星》單元，《白晝流星》由陳凱歌執導，再現了2016年11月18日，神舟十一號飛船返回艙成功著陸的壯闊場面。為了真實還原神舟十一號著陸的重大歷史時刻，陳凱歌邀請到了當時的航天員景海鵬、陳冬參與電影拍攝。片中為兩位開啟艙門的開艙手，現實中曾為多個返回艙開啟艙門。其他參演的航天工作人員也都參與了當年的搜尋工作。此外，影片的特種車輛、返回艙降落傘是當時的實物，連片中兩位航天員的宇航服亦是當年穿過的。
《白晝流星》將鏡頭對準劉昊然和陳飛宇飾演的一對少年流浪兄弟，迷茫落魄的二人在遇到田壯壯飾演的退休扶貧辦主任後，生活悄然發生了變化，更見證了神舟十一號飛船成功著陸這一重大歷史瞬間，見到了草原寓言中的白晝流星”，內心受到了極大衝擊和洗禮。
為了更好融入角色，劉昊然、陳飛宇在片中顛覆光鮮帥氣形象，衣著破舊、灰頭土臉。關於他們造型的討論一度登上微博熱搜榜第六，網友紛紛調侃土味十足”。敦煌片場的風沙也令二人印象深刻，每天吃風吃土吃沙，每天開工是一個樣子，回來是另一個樣子”。