因为是三部连拍，所以剧中角色也是三部电影一起选拔，首批放出了21个主要角色。
黄帝有熊轩辕、炎帝神农烈山、蚩尤、应龙、螺祖、侯刚颉、女魃、玄女、飞廉、赤松子、嫫母、少典、附宝、岐伯、力牧、风后、大鸿、常先、赤将子、刑天、夸父。
因为私底下，邵帅军已经向制片组确定，演员片酬，主角超过500万人民币不要，次要主角超过200万人民币不要，一般配角超过50万人民币也不要。邵帅军以为这样低廉的片酬，吸引不到什么明星了。
但是反响却超乎想象，一众华语电影明星，几乎是抢着要来试镜，甚至愿意零片酬参演电影。不仅仅是二三流明星不打算要钱，就是华人明星中排在前几位，也都一个一个不要钱，只要能演就好。
“阿军，你现在名气太大了，别人都挤破头想参演你的电影，这下子，演员费用能省下大半了。把成本降下去，电影就等于成功一半了。”王薇计算着使用明星阵容的成本，乐呵呵的说。
“来试镜黄帝的有哪些人？”邵帅军一边翻看一叠人物造型概念图纸，一边随口问。
“我看看，刘德桦、黄小明、张惟俭、酥油朋、陈小……”
“试镜炎帝的呢？”
“张贴淋、梁超伟、郭府城、程龙……”
“试镜螺祖的那？”
“刘师师、张晶初、高院原……”
“挺好的，安排试镜的时候，我这里有几份跟剧本有关的材料，是一些历史记载的神话传说，你帮我给每位演员送一份。我希望他们能够仔细研究一下这份材料，到时候我会问几个关于角色的背景问题。”
“好的。”
一切都交代妥当后，试镜正式开始。
在京城嘉禾影视基地，邵帅军、王薇、卡梅隆等制片组成员，以及导演组成员，一起参详。首先试镜的是一些次要的配角，在试镜之前，会有专门的化妆师，为演员画一个试镜妆，给邵帅军等人参考，是不是合适演出。
演技是一方面，形象也是一方面。
有些演员甚至还没有开始表演，邵帅军就直接否定，剧本是他再三琢磨，每个角色形象心中都有一杆秤，能不能演只需要看一眼。能演的演员中，挑选演得好的。经过长达半个月的选角，终于确定了主要演员阵容。
夸父，谢庭风饰演。刑天，王学奇饰演。赤将子，徐铮饰演。常先，连伟健饰演。大鸿，邓抄饰演。风后，张国利饰演。候刚颉，文樟饰演。岐伯，葛尤饰演。赤松子，黄博饰演。飞廉，李兵兵饰演。女魃，范兵兵饰演。力牧，霍德华饰演。少典，李连杰饰演。附宝章子艺饰演。
剩下黄帝、炎帝、蚩尤、螺祖、嫫母、玄女、应龙则是重要主角，还在进一步的选角中。在随后的半个月试戏中，最终确定了这七位主演的人选。
黄帝，是黄帝三部曲男主角，整个故事的唯一主角，刘德桦凭借俊朗的外形，和久经磨练的演技，以及对黄帝背景知识的用功，成为了黄帝的扮演者。
炎帝，是黄帝三部曲重要角色，第二部《黄帝：炎黄之战》的反派BOSS，程龙大哥凭借实力，击败了众多对手。
蚩尤，前两部并未出场，在第三部《黄帝：龙图腾》中绝对反派BOSS，周闰发凭借实力，获得了这个角色。
应龙，是黄帝的主要助手，贯穿三部曲，戏份非常重要，而且要能打。最终真子弹以一身本事，和对角色的理解，成为扮演者。
螺祖、嫫母和玄女，是三位女主角。在邵帅军的设想中，这三位女主角，一部一位，然后每一部的结尾，就会死掉，用来衬托剧情。最终刘师师获得了螺祖，周讯获得了嫫母，刘亦菲获得了玄女。
到了八月中旬，大大小小的所有角色，终于全部搞定。可以开机了。
开机仪式在京城举行，真正的拍摄场地，则分布在中国各地，神农架、九寨沟、青海高原等等地方，都已经开始建立摄影棚。作为划时代的一部电影系列，邵帅军希望能够全部背景都采用真实场景拍摄。
CG动画特效和真实的摄影拍摄相结合，打造最出色的电影画面。电影将采用IMAX-3D、3D和超清数码相机协调拍摄。原《盗梦空间》特效团队，将联手D2和ILM，全程参与特效制作，原《盗梦空间》摄影团队，也将与黄岳泰、吕乐等人合作。
“能够参演邵导的黄帝三部曲，我非常的激动和兴奋，感谢邵导和制片组、导演组，将黄帝这个角色交给我。对我来说，饰演一位华人的始祖，压力很大，我希望能够投入百分之百的精力，将黄帝演出色。”刘德桦在开机仪式上，兴奋的说。
“这一次华语电影的大制作，将全方位的打造出上古神话传说中的故事，发掘中国五千年历史文化的积淀。作为一名演员，能够参与其中，是非常荣耀的一件事。关于炎帝，也是华人的始祖，他与黄帝有过战争，但是如何去评定炎帝的历史贡献，如何刻画一位先贤的形象，不过分不逾矩，很难，但很有挑战。”程龙侃侃而谈。
作为第一部《黄帝：有熊崛起》的女主局，刘师师也灿烂地说：“我跟邵导合作了很多次，前面合作，邵导都很平和，拍戏偶尔会吹吹风，私底下我们都很放松。这一次有些不同，邵导说，‘刘师师，你要知道，这一次的电影，是我拍过最大规模和最重要的一部，你要确定好了，不能拖后腿，如果你觉得自己无法成功的演出螺祖，你就立刻退出吧。否则，你会遇见一位魔鬼导演。’我能感受到，这次拍摄会非常辛苦，但是我会努力，不让邵导有找茬的机会。”
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