Phi vụ triệu đô
Sản xuất > Tuyển vai

Quá trình tuyển vai diễn ra vào cuối năm 2016, kéo dài hơn hai tháng. Các nhân vật chưa được hoàn thiện một cách chi tiết khi quá trình này mới bắt đầu mà được hình thành dựa trên màn thể hiện của các diễn viên. Hai đạo diễn tuyển vai Eva Leira và Yolanda Serrano muốn tìm các diễn viên có khả năng vào vai những tên cướp biết đồng cảm với người khác, đồng thời họ cũng phải trông "thật" khi đóng vai người thân. Antena 3 công bố dàn diễn viên vào tháng 3 năm 2017 và sau này đã phát hành đoạn trích thử vai của hầu hết các diễn viên trong chương trình trò chuyện chiếu ngay sau mỗi tập phim có tên Tercer Grado, cũng như đăng tải trên trang web chính thức của kênh truyền hình này.
Giáo sư được xây dựng là một nhân vật phản diện đầy thu hút nhưng lại nhút nhát, người có thể thuyết phục nhóm trộm nghe theo mình và khiến khán giả cảm thông với cuộc đấu tranh của cả nhóm chống lại sự uy quyền của những nơi chứa tiền. Tuy nhiên, việc xây dựng vai Giáo sư mang lại nhiều khó khăn vì đây là một nhân vật khác thường và các nhà sản xuất chưa thể chắc chắn về độ xuất chúng của anh. Hình mẫu ban đầu của nhân vật vốn là một kiểu giáo sư Harvard 50 tuổi với ngoại hình giống diễn viên người Tây Ban Nha José Coronado. Javier Gutiérrez được mời vào vai nhưng anh từ chối do đã kí kết tham gia bộ phim Campeones. Các đạo diễn tuyển vai quyết định lựa chọn Álvaro Morte, người đã cộng tác cùng họ trong phim truyền hình dài tập Bí mật cây cầu cũ, dù vào thời điểm đó anh ít được xuất hiện trong các bộ phim giờ vàng. Trải qua quá trình tiếp cận nhân vật thông qua phân tích thay vì lấy từ kinh nghiệm cá nhân, Morte mô tả Giáo sư là "một hộp bất ngờ vô tận" mà "đã định hình nên nhân vật vì anh ấy không bao giờ ngừng tạo ra những biến số", điều khiến khán giả không thể chắc chắn rằng nhân vật này tốt hay xấu. Các nhà sản xuất cũng thấy rằng ngoại hình giống một giáo viên của Morte đã mang lại nhiều hơn vẻ đáng tin cậy cho nhân vật.
Pedro Alonso được chọn vào vai Berlin, người mà tờ La Voz de Galicia sau này mô tả là "một nhân vật lạnh lùng, ru ngủ, khôn ngoan và đáng sợ, một gã đàn ông với bản tính vô cảm ăn sâu vào trong máu và có vấn đề nghiêm trọng về đồng cảm, một tên trộm cổ cồn trắng khinh thường đồng nghiệp của mình và coi họ là thấp kém." Cách Alonso tái hiện nhân vật của mình được lấy cảm hứng từ cuộc gặp gỡ tình cờ diễn ra một ngày trước khi anh nhận kịch bản thử vai, cuộc gặp giữa nam diễn viên với "một người rất thông minh", người có thể "kích thích hay thậm chí là thao túng" anh. Alonso nhận thấy Berlin có nhãn quan xuất sắc và có cách nhìn nhận khác thường về môi trường xung quanh, dẫn đến việc nhân vật luôn hành động một cách bất thường và không thể đoán trước. Sự tương đồng giữa Berlin và nhân vật Zulema (Najwa Nimri thủ vai) trong loạt phim Vis a vis của Pina không phải là một sự cố ý. Mối quan hệ ruột thịt giữa Giáo sư và Berlin vốn không có trong kịch bản gốc nhưng đã được hé lộ ở cuối phần 1 sau khi Morte và Alonso nhiều lần đề nghị các nhà sản xuất làm như vậy.
Các nhà sản xuất nhận thấy Tokyo, nhân vật chính kiêm người dẫn chuyện, là một trong số những nhân vật khó xây dựng nhất, vì ban đầu họ muốn tìm kiếm một nữ diễn viên lớn tuổi hơn để vào vai này, một người không còn gì để mất trước khi gặp Giáo sư. Úrsula Corberó có được vai diễn nhờ năng lượng bất cần mà cô mang lại; giọng nói của nữ diễn viên được cân nhắc rất nhiều trong quá trình tuyển chọn vì giọng cô là điều đầu tiên mà khán giả nghe thấy khi xem phim. Itziar Ituño mô tả nhân vật thanh tra Raquel Murillo của mình là "một người phụ nữ mạnh mẽ và quyền lực làm việc trong thế giới đàn ông, nhưng cũng đầy nhạy cảm trong đời sống riêng tư". Cô lấy cảm hứng từ một nhân vật của bộ phim Sự im lặng của bầy cừu, Clarice Starling – sinh viên FBI có cuộc sống gia đình rối ren, người dần dành sự đồng cảm cho một tên tội phạm. Alba Flores, người từng vào vai chính trong Vis a vis, được Pina tuyển thẳng vào vai Nairobi mà không cần qua thử vai khi nhà sáng lập nhận ra vào cuối giai đoạn lên ý tưởng cho loạt phim rằng ngoài Tokyo cần có thêm một thành viên nữ nữa trong băng trộm. Jaime Lorente xây dựng nên giọng cười đặc trưng của Denver trong quá trình tuyển vai.
Dàn diễn viên biết về việc Netflix cho sản xuất các phần tiếp theo của bộ phim trước cả khi các nhà sản xuất liên hệ với họ để trở lại với vai diễn. Tháng 10 năm 2018, Netflix chính thức công bố dàn diễn viên của phần 3, với các diễn viên chính đều trở lại bao gồm cả Alonso, làm dấy lên nhiều suy đoán về vai trò của anh trong phần 3. Trong số các diễn viên mới có nam diễn viên người Argentina Rodrigo de la Serna; anh nhận thấy mối liên hệ giữa tên nhân vật của mình với huyền thoại bóng đá người Argentina Martín Palermo. Ngôi sao bóng đá người Brasil, Neymar, một người hâm mộ của loạt phim, đã tham gia vào tác phẩm với tư cách cameo trong vai một nhà sư, nhưng những cảnh quay của anh đã bị loại bỏ mà không làm ảnh hưởng tới cốt truyện do nổ ra các cáo buộc pháp lý chống lại anh, nhưng sau khi những cáo buộc này được bãi bỏ vào cuối tháng 8 năm 2019, các cảnh quay của Neymar đã được thêm lại. Sự xuất hiện chớp nhoáng của nữ diễn viên người Tây Ban Nha Belén Cuesta trong hai tập của phần 3 làm dấy lên nhiều suy đoán của người hâm mộ và giới truyền thông về vai trò của cô trong phần 4.