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- 李侠
扮演者： 赵立新
全剧的灵魂人物，整部的《永不消逝的电波》故事情节都围绕着李侠展开。 李侠是一名优秀的电讯高手，在延安时执教电讯班的学员，之后被组织上派往上海完成了一系列的潜伏任务。从在76号院中与日本人的周旋，到内战期间卧底国民党内部，李侠办事风格胆大心细，并且具有过人的洞察力和决断力，怀揣着对党对国家的满腔热情和远大理想，把自己的儿女之情置之度外，为了革命事业屡次陷身险境，又一次次的化险为夷。
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- 欧阳山
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- 赵子岐
扮演者： 吕行
赵子岐在剧中也是一个贯穿全剧的人物，他是潜伏在76号院里的军统人员。赵子岐这一角色的性格转换非常之大，从最初的勇敢、正义，敢为兄弟两肋插刀，对李侠仗义相助；到之后唯唯诺诺，有勇无谋，行事鲁莽等缺点的逐渐显现；后期赵子岐完全变成了人不为己天诛地灭的丧心病狂的军统侩子手，尤其在内战期间对待共产党的手段穷凶极恶。最后怀着对李侠强烈的嫉妒心，失手杀害了深爱的妻子，又染上了戒不掉的毒瘾，赵子岐这个悲情人物终于走上了一条不归路……
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- 路梦惠
扮演者： 阎娜
路梦惠冰雪聪明，坚韧独立是李侠电讯班里的高材生，在教学过程中李侠与路梦惠互生爱意。当李侠接到上海做“探针”任务后，路梦惠在延安等待李侠成功归来，然后娶她过门。但谁也没有想到两人再次见面不是延安的新婚房中，而是日本特务机关76号院的审讯室里。路梦惠凭借过人的毅力接受着非人的考验，机警敏锐的她将情报以哑谜的形式传递给李侠，而李侠在极度矛盾的情绪中对自己的爱人严加拷问，最终想到了哑谜的答案。在被折磨得奄奄一息之后阎娜终于当着自己爱人的面说出了憋在心中三年的一句话“我爱你”，然后为了革命舍身取义……
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- 冯小昆
扮演者： 邹涵虹
有中日混血的冯小昆，就像她血管里流淌的血液，不知道应该站在中国人那边还是应该站在日本人那边，为得只是得到一个稳定的生活。冯小昆由最先的为了一己之利为日本人卖命、轻佻浮华，甚至用阴险毒辣的手段对付被俘的共产党；中期在日本人战败之后为了苟且生活，投奔军统接近赵子岐并与其产生感情，到最后因赵子岐发现其还深深爱着李侠，烟瘾突犯误伤并导致其死亡的悲惨命运……
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- 何兰芬
扮演者： 焦俊艳
何兰芬的任务是李侠“潜伏”工作上的伙伴——假“老婆”，在李侠失去爱人之后，何兰芬用真情打动李侠，给李侠继续潜伏下去的勇气，终于成和李侠成为了真夫妻。 剧中何兰芬表面像一个世俗的旧式家庭妇女，无知无礼、撒泼打混，不俗的“演技”骗过了今井一这只老狐狸的眼睛。而真实的何兰芬平凡却别有味道性格耿直、不拘小节、敢爱敢恨，心中有大爱。何兰芬这一角色的性格前后变化较大，前期从来没做过谍报工作的她，横冲直撞，大大咧咧，有时会闹出笑话，把“假丈夫”李侠气得七窍生烟。不过到了后期，何兰芬成长了，变得大气而智慧，能够沉着应战……
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- 今井一
扮演者： 施京明
今井一是日本情报特高科76号院的最高指挥官。他虽是日本人，却是一个中国通，且老奸巨猾，机关算尽。最后因一时大意把李侠当做心腹使唤而反被李侠的聪明机智玩弄于股掌之中，后来才发现一直在被我地下工作者李侠而利用，因接受不了突如其来的打击最终气急昏迷被遣返日本。不久死于日本，因国内的反战情绪非常流行 而落个无字碑……
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- 江口
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- 郭冬梅
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- 石涛
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- 孙明仁
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- 李士群
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- 叶兴城
