大怪獣ガメラ
日高教授:船越英二
青柳カメラマン:山下洵一郎
桜井信代(俊夫の姉):姿美千子
山本京子:霧立はるみ
桜井(俊夫の父):北原義郎
百姓の爺さん:左卜全
村瀬教授:浜村純
自衛隊司令官:北城寿太郎
エスキモーの老酋長:吉田義夫
防衛庁長官:大山健二
ちどり丸船長:小山内淳
コンビナート職員:藤山浩二
上田先生:大橋一元
ソビエト代表:高田宗彦
警官:谷謙一
魚兼の主人(俊夫の叔父):中田勉
アナウンサー:森矢雄二
原研所長:丸山修
桜井俊夫:内田喜郎
原研幹部:槙俊夫
原研幹部:隅田一男
警察署署長:杉森麟
百姓の婆さん:村田扶実子
放送局アナウンサー:竹内哲郎
魚河岸の魚屋:志保京助
魚河岸の魚屋:中原健
ちどり丸通信士:森一夫
魚河岸の魚屋:佐山真次
ちどり丸航海長:喜多大八
自衛隊員:大庭健二
自衛隊員:荒木康夫
自衛隊副官:井上大吾
札幌放送局アナウンサー:三夏伸
モンキーダンスの青年:清水昭
作業員:松山新一
米軍ジェット機操縦士:岡郁二
羽田空港係官:藤井竜史
地熱発電所技師:山根圭一郎
客:村松若代
ストリッパー:甲千鶴
ストリッパー:沖良子
自衛隊セスナ操縦機:後藤武彦
作業員:加川東一郎
記者:伊勢一郎
記者:佐原新治
記者:宗近一
灯台附近の子供:青木英行、萩原茂雄、古谷徹(劇団ひまわり)
Z計画アメリカ代表:M・アパナイ
リッチャードソン
ストレイハン
ランソン
ブラウン
ハートマン
以下ノンクレジット 米軍基地レーダー係:大川修 ナレーション:中条静夫 一郎:栗原三郎 幼稚園の先生:川島美沙
ガメラが口から吐く火炎は、従来の東宝怪獣のような光学合成ではなく、実際に加圧したガソリンをプロパンガスで噴出して熱したニクロム線で着火した。実物の炎を使ったのは湯浅の意見だった。八木ら造形スタッフは当初、ガメラが火を吐くということを知らされておらず、演技者が入ったまま火を吐かせているのを見て驚いたという。村瀬らは本物の火を使うということで、ガメラの口に石綿を貼り付けてラテックスを塗り、火炎放射の撮影ごとに塗り直して対処した。FRP製の歯は燃えてしまうため、予備が用意されていた。怪獣映画の撮影自体初体験である湯浅と築地の両監督以下、特撮スタッフはガメラが火を吐いただけで「出たよ!」と大喜びだったという。ガメラが海上の炎の帯で伊豆大島に誘導されるシーンは、水面すれすれに設置した樋にガソリンを流して点火した。ガメラが炎を飲み込むカットは、フィルムの逆転で表現した。
当初は演技者が入ったまま火炎放射を行ったが、やはり危険なために演技者無しで撮影するようになった。このころ、水中から現れた後に演技者無しのガメラが火を吐くシーンでガソリンが暴発し、ぬいぐるみが破壊されて1週間撮影が中断してしまったことがあった。奇跡的に怪我人はなかったという。このときちょうどプロデューサーの斉藤米二郎が見学中だった。斉藤は「(本社と現場に挟まれて)普段ブーブー言ってるから、わざとやったんじゃないかと」と笑っている。火薬の量も試行錯誤で、飛行シーンでもよく爆発があったという。湯浅は「火薬は出たとこ勝負で、量を一ひねり多く詰めるだけで全然違っちゃう」と語っている。