麻醉風暴2
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黃健瑋（左）飾演創傷小組主任蕭政勳，許瑋甯（右）飾演醫院副院長楊惟愉。
《麻醉風暴》的四名要角黃健瑋、許瑋甯、吳慷仁和黃仲崑在《麻醉風暴2》中都飾演與前作相同的角色，但身份有所改變。黃健瑋飾演的麻醉科醫師蕭政勳成為在約旦行醫的戰地醫師，返回臺灣後隨著劇情進展成為康聯醫院創傷小組的主任，之後因在約旦時受創的後遺症而逝世；許瑋甯飾演的精神科醫師楊惟愉進入行政體系成為康聯的副院長，面臨醫院運作和醫病關係間的衝突，因此如同戴上一層面具，只有在和蕭政勳重逢後才被他剝掉。這兩名角色在第一季時是論及婚嫁的情侶，但後來因楊惟愉流產而分離，關係與過往大不相同，而他們的感情戲是這一季的故事重點。
儘管黃健瑋早在2001年時便主演《石碇的夏天》並贏得台北電影節最佳新演員獎，但他認為自己的演員之路是從《麻醉風暴2》開始的。在飾演蕭政勳時，黃健瑋以不表演的方式詮釋角色，而是在事前研究角色，並在開拍時用心感受。他原本擔心觀眾無法感受這樣的呈現方式，但在看到觀眾對正式演出的反應後認為自己當初的決定是正確的。黃健瑋認為在戰地行醫的經驗會讓蕭政勳覺得醫院的資源相當充足，因此在醫院內的情緒反應不會像第一季時充沛，進而將情感轉移至與楊惟愉的互動，也因為蕭政勳對人沒有信心，說話方式總是含糊不清。黃健瑋將蕭政勳塑造成一位內心陰柔懦弱的角色，表示第二季中的他是在「利用自己的剩餘價值」，並認為他與楊惟愉都在尋找家的感覺。劇中蕭政勳寄給楊惟愉的多封信件都出自黃健瑋親筆，黃健瑋透露信件內容的靈感一部分出自《詩經 國風 邶風 擊鼓》中的一段：「死生契闊，與子成說。于嗟闊兮，不我活兮，于嗟洵兮，不我信兮」，而花了最久的時間寫成的是劇中的遺書，遺書的主題是「時間」，他表示人的肉體雖然會消亡，但愛會一代代傳承下去，這也是人類文明的動力。許瑋甯認為手寫的信很有溫度，而且黃健瑋的字很漂亮、信件的內容充滿感情，看完後不必醞釀情緒就能入戲。
黃健瑋表示自己在與許瑋甯對戲時十分自然以致不需要練習，但劇中一段許瑋甯主動親吻黃健瑋的戲，也因為兩人熟識已久，在拍攝時都努力忍住不讓自己笑場。洪柏豪指出，之所以安排蕭政勳在第11集死亡，是為了在後續劇情中呈現他的影響，蕭力修也表示蕭政勳的精神陪觀眾走到最後一幕
我就是蕭政勳，她就是楊惟愉，自然到真的是我們倆一樣。沒有在思考說，怎樣的表現是對的
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除了擔綱演出主角，黃健瑋還身兼編劇和動作指導，學過西斯特瑪的他在施名帥和莊凱勛拍攝武打戲碼時給出建議。在飾演了兩季的醫護人員後，許瑋甯認為醫護人員的工作非常人可以負荷，不但必須經常面對抉擇，還必須在壓力下完成自我實現，她認為應該給醫護人員身心靈的調適空間。黃健瑋則呼籲臺灣的醫療體制必須改變，住院醫師應盡快受勞基法保障並規定工時上限。
黃仲崑飾演的醫院院長陳顯榮在第一季後段辭職，這一季成了在小診所營業的醫師。吳慷仁飾演的葉建德因為犯下殺人罪，在第一季結尾時入獄服刑，這一季成了更生人。為圖真實，他在獄中服刑的情節並非在舊監獄攝製，而是於有實際使用的臺南監獄拍攝，劇中的獄卒也是請監獄內非當班的人員協助拍攝。吳慷仁為了演戲在短時間內增肥又減重，先是為了演出《白蟻-慾望謎網》瘦到58公斤，又在此劇中刻意吃炸雞增胖至84公斤，拍戲結束後再以禁食方式快速瘦身至72公斤。除了演戲，吳慷仁也參與了腳本的討論，關心拍攝的流暢度與連戲問題，他表示自己能參與拍攝是很幸運的事。
李國毅和孟耿如是新進的主要角色，兩人皆表示對於演出感到有很大的壓力，李國毅本來還擔心自己演不好而一度回絕演出，後來還是推辭近二十場活動邀約接演此劇。李國毅飾演的角色熊崽在白天的身份是不按程序行事的天才外科醫師，晚上則是以饒舌歌諷刺醫療環境的歌手，他展現了年輕世代對體制的衝撞與掙扎。為了增加角色的滄桑感，李國毅首次為戲蓄鬍，他認為偶像劇中的職業可能只是一種角色符號，但職人劇中的職業是角色的生命歷程。為了詮釋角色，李國毅與孟耿如一起上了一個月的醫療課程，並在開拍前先到臺大醫院等多家醫院的手術房和急診室跟刀。他原本連解剖青蛙的畫面都不敢看，見到支離破碎的屍體時也會感到食不下嚥，但在見習幾天後便克服了恐懼，還會私下觀看手術影片，他認為自己逐漸有了醫師的樣子，也更確信自己應該以自己力所能及的方式讓臺灣醫療體制的困境被大眾重視。在劇中一場由熊崽主刀的手術中，李國毅需要背誦88個器材的英文單字，雖然劇本上只寫了三至五行，但實際上拍了15個小時才完成，他也因手術室的低溫而感到寒冷。由於他過去並沒有唱饒舌歌的經驗，特地向歌手大支和熊仔討教，還曾有連拍18小時的戲後回飯店繼續熬夜背歌詞的經驗，他還形容背歌詞背到「記憶體滿出來」，自認要練到能無意識唱出才算練成，在拍攝一場饒舌戲中，他NG了將近四十次才完成；在殺青後，李國毅對饒舌更有信心，且有出唱片的計畫。
在飾演過醫師後，李國毅對具有專業能力又願意奉獻的護理師十分尊敬，有感於醫護人員的辛勞，他與孟耿如在2017年的七夕情人節贈送花與巧克力給臺北醫學大學附設醫院的值班人員以答謝他們。
孟耿如飾演年輕的醫療線記者沈柔伊，週旋於醫院、藥商和病患之間，企圖追查人球案和爆炸案的真相，由於第二季與第一季劇情開始前發生的案件相隔十年左右，因此製作團隊打算設計一位串起兩者的角色，為了避免加深故事的複雜程度，製作團隊捨棄檢察官和警察這類的角色而採用記者，象徵製作團隊對媒體亂象的反思。蕭力修表示柔伊原本的性格十分熱血，但因為缺乏立體性而加入了個性上的缺陷。孟耿如形容，沈柔伊認為記者在採訪時需要冷靜地讓受訪者卸下心防，在採訪結束後又要快速地發送新聞稿，因此她將這樣的兩面性融入沈柔伊的個性中，讓角色具有反差感。她在開拍前透過實際參與記者的工作來模擬角色，為此踏入立法院寫新聞稿，此外，她在準備期間看了許多血腥影片，並表示自己很喜歡透過看人體被切開後噴血的畫面讓自己紓壓。在殺青之後，孟耿如形容自己就像是與角色「分手」，還為此染髮以示區別，而黃健瑋也認為在開拍前與殺青後的孟耿如判若兩人。
莊凱勛飾演立法委員萬大器，他在故事前半段作威作福，結局時卻遭到背叛，內心有所轉變，角色也更加立體。莊凱勛表示，萬大器可能是劇中唯一的反派角色，當劇情的走向需要改變時，萬大器就會現身作梗。為了飾演萬大器，莊凱勛參考了新聞報導及幾位政治人物，擷取臺灣人討厭的政客特質，並透過自己對政壇的瞭解塑造出這名角色，為了讓觀眾對出場不多的萬大器留下深刻印象，他表示自己將萬大器塑造華麗而浮誇；劉品言飾演康聯醫院的公關史佩萱，與萬大器有感情關係，她形容史佩萱是一個像水一樣的聰明女人，觀眾將被她的女性魅力所吸引。為了詮釋史佩萱，劉品言參考黛安·蓮恩在電影《出軌（英语：）》中的角色以及茱莉亞·羅勃茲在電影《永不妥協》中的表現，有觀眾認為她精準地捕捉到公關八面玲瓏的特性，而她的演技也讓孟耿如自嘆弗如。莊凱勛和劉品言在劇中有一段床戲，涉及舔腳及以皮帶綁縛。兩人都在喝了兩杯威士忌後上戲。雖然裸露程度不高，但劉品言表示這是自己從影以來尺度最大的戲。為讓演員安心演出，導演特別清場，讓現場僅有兩位演員及攝影師，並搶在夕陽餘暉中花兩個小時拍攝完成，拍攝該場戲的攝影師形容就像在與他們進行三人性行為。
班鐵翔飾演劇中康聯醫院的院長，亦是楊惟愉的繼父。由於台詞涉及較多醫學專有名詞，班鐵翔表示自己感到焦頭爛額。
隆宸翰、陽靚和賴澔哲飾演劇中「創傷小組」的成員，隆宸翰飾演凡事遵照標準作業流程的神經外科彭伯恩，與李國毅飾演的熊崽扞格，隆宸翰表示記住台詞中大量的專業術語有相當難處；陽靚飾演個性易怒、有話直說的整型外科醫師楊婕娜，她表示自己在下戲後仍受到角色個性的影響；賴澔哲飾演的骨科醫師比號是創傷小組中資歷最淺的成員。藍正龍飾演外科主任謝騰豐，他被稱為劇中的彩蛋，因為2000年時，他曾在王小棣導演執導的醫療題材電視劇《大醫院小醫師》中飾演實習醫師楊格，因此在《麻醉風暴2》中的他形同「升級」。在《大醫院小醫師》飾演外科主任的是演員趙樹海，藍正龍也認為自己在演出《麻醉風暴2》時「有點變趙樹海的感覺」。蕭力修也表示，觀眾甚至可以幻想藍正龍從實習醫師一路奮鬥、升上外科主任的歷程。
梁正群飾演抗議藥廠的自救會成員阿和，為了強化角色暴躁的個性，他主動向導演要求抽菸，為此抽了一整包菸。。施名帥飾演無法對抗權力結構便企圖殺死萬大器復仇的炸彈客邱淳，他的真實身份在第八集揭曉，並在次集與仇敵萬大器死鬥。施名帥表示詮釋炸彈客的困難之處是在死亡的恐懼下，仍得思考很多要做的事。