Znany z tworzenia postaci filmowych, które pozwalają aktorom na wyniesienie ich rzemiosła na zupełnie nowy poziom, Mann chciał, aby role w jego najnowszym filmie zostały obsadzone przez ludzi zdolnych do zrozumienia historii swoich bohaterów, w takim samym stopniu jak oddanych tworzeniu postaci na ekranie. Wiedział, że aby ci ekranowi gliniarze i kryminaliści mogli zdać sobie z tego sprawę, będą potrzebować rygorystycznego szkolenia i surowej dyscypliny.
Wybór Jamie’go Foxxa do roli Ricardo Tubbsa związany był m.in. z tym, że aktor i reżyser współpracowali już ze sobą dwukrotnie - Ali (2001) oraz Zakładnik (Collateral), za rolę w którym Foxx został nominowany do nagrody Akademii®. Tego samego roku Foxx otrzymał Oskara® za tytułową rolę w filmie Ray.
Trenując z dwoma rzeczywistymi agentami, aby odpowiednio przygotować się do roli, Foxx otwarcie rozmawiał z policjantami o pułapkach ich zawodu. „Pokusy pojawiają się bezustannie - z jednej i drugiej strony,” odkrył aktor zadając pytanie, „Zasmakowaliście w pokusach tej drugiej strony?”
W rolę charyzmatycznego i skłonnego do flirtów Sonny’ego Crocketta, którą - tak jak miliony fanów znał z oryginalnego serialu z lat 80-tych - wcielił się Colin Farrell. Aktor irlandzkiego pochodzenia, świeżo po rolach w filmach Alexander Olivera Stone i The New World Terrence’a Malicka, łatwo wszedł w postać pochodzącego z Południa Stanów Crocketta. Farrell stwierdza krótko, „Crockett to dobry facet; jest twardy jak skała”
Aktorzy wiedzieli, że muszą się dobrze poznać, aby być wiarygodni w rolach partnerów. Tak mówi o tym Foxx, „Chodzi tutaj głównie o chemię. Nie ma chemii, nie ma współpracy.”
Farrell zgadza się, co do jednego - „Istnieje rodzaj głębokiej przyjaźni i zrozumienia, które rozwijają się między ludźmi o takich samych przekonaniach... należy być dla siebie i ufać sobie wzajemnie.”
Główną postacią kobiecą jest w filmie Miami Vice pracująca dla przestępców Isabella, obiekt obsesji Crocketta. W jej rolę wcieliła się chińska aktorka Gong Li. Popularna w Azji gwiazda filmowa, ostatnio rozpoczęła karierę na Zachodzie występując w głównych rolach w filmach Wyznania Gejszy (Memoirs of a Geisha) oraz wkrótce wchodzącym na ekrany Young Hannibal.
Kluczowym elementem historii Isabelli jest jej niespodziewany romans z Sonny’m Crockettem, który komplikuje fakt, że kobieta jest związana z Montoyą - w tej roli hiszpański aktor Luis Tosar - jednym z najbardziej wpływowych przestępców w Ameryce Łacińskiej. Co więcej Crockett, także nie jest uczciwy w stosunku do Isabelli. Ta miłość dwojga ludzi o fałszywych tożsamościach przyczyni się do licznych problemów bohaterów.
Kolejnym członkiem wielokulturowej obsady aktorskiej jest brytyjska aktorka Naomie Harris, która wciela się w rolę urodzonej na Bronxie analityczki (i kochanki Tubbsa) Trudy. W pozostałych rolach występują - Justin Theroux kolega - policjant Zito, Barry Shabaka Henley - bezpośredni kontakt partnerów porucznik Castillo, Elizabeth Rodriguez - detektyw Gina Calabrese, nowojorski aktor John Ortiz (Życie Carlita) - pośrednik w handlu narkotykami José Yero i Ciaran Hinds - specjalny agent FBI Fujima, człowiek, który bardzo niechętnie pozwala Crockettowi i Tubbsowi penetrować podziemie narkotykowe, po tym, jak zostali zabici ich przyjaciele.
Mając już zaangażowaną obsadę filmu, Mann i jego ekipa rozpoczęli szkolenie, które miało zrobić z aktorów twardych gliniarzy i rdzennych dla tego świata przestępców.
