《神探狄仁杰3》分为《凉州案-黑衣社》和《邗沟案-漕渠魅影》两个惊险绝伦、触目惊心的故事组成。故事承接第二部，狄仁杰（梁冠华饰）自连破幽州、并州、蛇灵、江州等一系列大案后，几经恳请，终于得武皇（吕中饰）允准回老家并州修养。然而就像护卫李元芳（张子健饰）所言，这看似颐养天年的平静中却蕴藏着更大的杀机与阴谋。
柳云龙 苏青 梁冠华 李立群 钱波 张弓 亓航 刘名洋 申军谊 雷汉 石兆琪
王志飞 梁冠华 姚笛
张婧仪 牛骏峰 曾黎 郎月婷 郝平 浩歌 梁冠华 阿如那 焦刚 杨子骅 刘泊霄 栾元晖 李晓川 周知
罗晋 尹昉 黄志忠 奚美娟 梁冠华 苏可 陆思宇 公磊 李昕哲 赵麒 王洪涛 郭之廷 刘天尧
陈晓 孙千 罗一舟 成泰燊 黄志忠 李纯 朱亚文 向涵之 吴樾 朱茵 梁冠华 王子璇 杨子骅 柯蓝 王永泉 刘佩琦 王雨 王建国 林夏薇 宋宁峰 令卓 栾元晖 扈天翼 唐鉴军 程枫 徐僧 韩云云 王俊彭 黄超
张卫健 张庭 范冰冰 梁冠华 朱泳腾 许还山 寇振海 徐松子 薛佳凝 郑毓芝 彭丹 高强
黄宗泽 张艺上 王瑞昌 孙耀琦 梁冠华 易大千 包上恩
梁冠华 张子健 曲栅栅 须乾 严燕生 吕中 苑冉 李俊琪 刘蕾 戴云霞 铃木美妃 郑诚 傅隽 李士龙 王心圣 钱雁秋
张永强 董璇 刘蕾 梁冠华 赵毅 淳于珊珊 沙玉华 刘爽 须乾
钟丽缇 梁冠华 魏宗万
梁冠华 周洁 吴庆哲 杨常青 冉唯群 王鸥 文静 陈玺旭 许榕真 须乾 吴婷 张博 阮圣文 王建国 康群智 郭小安 来源 管舲帆 张志伟 胡顺儿 白利卫 芮伟航 靳梦楠 高艺 王建新 陈之辉 宋轶 梁大维 夏德俊 朱锐 翁虹 卓凡 张冰 梅年佳 周钢 彭义程 李子轩 柯国庆 王宝德 傅虹均 曲戈 田重 祖白旦·阿布都哈力克 肖咏佳 胡文珊 冯琬晴
梁冠华 吕中 张子健 须乾 祝延平 钱雁秋 蒋欣 彭丹 刘爽 姜晓贝 严燕生 赵军凯 张树平 韩振华 赵志刚 韩继明 李世龙 贺松寿 梅志刚 孔庆子 李海峰 卢明 陆继东 夏志平 韩木墩 潘耀初 符学斌
张子健 梁冠华 曲栅栅 苑冉 须乾 戴云霞 严燕生 刘亚津 傅隽 赵志刚 王心圣
张子健 刘德凯 六小龄童 淳于珊珊 钱雁秋 贺刚 关悦 张楷依 钟卫华 韩含 杨棋珺 钱冠荣 戴云霞 王心圣 杨增元
张子健 淳于珊珊 钟卫华 陶慧娜 康楷 邱辉 李俊琪 梁缘 杨棋珺 钱雁秋 王领 王心圣 杨增元 龚志学 王腾龙 徐悦 韩含 钱冠荣 吕帅 赵军凯 高秋山
张子健 蒋竹青 马精武 王昌娥
张子健 贺刚 钟卫华 梁林琳 淳于珊珊 龚志学 梁笑 韩含HanHan 史磊 杨棋珺 杨增元 王心圣
张子健 曲栅栅 苑冉 淳于珊珊 钱雁秋 王心圣 黄小瑜 梁凯 张宏震 韩继明 苏刚 杨增元 于连伟 应强 杨应华 韩含 方越龙 康楷 白涛 李俊琪 高秋山 李元勇
梁冠华 张子健 吕中 姜昕言 须乾 姜晓贝 乔于庭 赵志刚 严燕生 淳于珊珊
张子健 梁冠华 曲栅栅 苑冉 刘蕾 郑楠 钱雁秋 刘亚津 李羲儿 郑诚 苏皓 须乾 杨增元 王心圣 赵军凯
张子健 梁冠华 曲栅栅 淳于珊珊 刘蕾
温峥嵘 张明健 梁家仁 吕凉 林静 孙桂田 徐广明 王红舟
范伟 孙宁 孟广美 金巧巧 周浩东 李威 吴诗雨 周知 冯国强 李舒桐 高亚麟 韩烨 吴秀波
侯京健 许敏 王韦智 马晓伟 吴佟 傅云昭 张再新
李雅男 苏可 甘露 傅天骄 白雪 谢瓦 蓝骁 吕江 孟阿赛 任帅
陈凯欣 赵帅 叶梓靖 叶苗苗
陈凯颖 杨剑勐 叶语霏 吴美仪 雷小米 梁壁荧 卢家勇 魏青年 傅力璇
许凯 虞书欣 付辛博 万鹏 白冰可 周历杰 薛八一 加奈那 韩栋 刘敏 陈紫函 巩峥 王子睿 陈芷琰
赵嘉敏 黑泽 杨滕 刘背实 张子健
游本昌 黄宗洛 臧金生
赵影 卢瑾灏
赵文卓 万梓良 寇振海 徐麒雯
宋佳 邵兵 常戎 吕平滢 金晶 冯恩鹤 博弘 李竹 宁晓志 王岗 代慧康 丁正勇 于洋 吴艺卓 魏森 肖华荣 任国震 傅磊 张和利 陈旭明 杨雅絮
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