《神探狄仁杰2》由《关河疑影》、《蛇灵》和《血色江州》三个扑朔迷离、惊险离奇的故事组成。《关河疑影》发生在武周年间。契丹犯境，烽烟迭起。武则天（吕中饰）任命狄仁杰（梁冠华饰）为河北道行军大总管，调查边情战事失败原因。《蛇灵》讲述蛇灵逆党兴风作浪再起波澜，一场刺杀与保卫的 激烈较量由此拉开战幕。《血色江州》讲述江州血案不断发生，狄仁杰与护卫李元芳（张子健饰）如何树藤摸瓜，挖出真正为害人民的恶魔的故事。
热依扎 王阳 啜妮 黄觉 沈羽洁 李煜 冯晖 那家威 谭泉 乔大韦 赵浩闳 翟小兴 张棪琰 赵龙豪 郑好 陈瑾 梁冠华 严晓频 王姬 柴碧云 罗海琼 陈创 陈洁 李羽桐 张铎 曹卫宇 陈冠宇 李浩轩
梁冠华 卫小雨 韩童生 黄海冰 张笑君 牛丽燕 魏辰妃 高昂 张光北
蔡明 方青卓 盖丽丽 葛优 大力 侯耀华 李耕 李嘉存 李婉芬 梁冠华 马晓晴 唐爱梅 田岷 谢园 臧金生 张潮
张子健 蒋竹青 马精武 王昌娥
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
张嘉益 王晓晨 王维唯 曹璐 张子健 赵今麦 刘煜宸 顾艳 胡先煦 王笛 周岩 韩青 景岗山 林鹏
刘敏涛 刘奕君 张子健 陈紫函 王辉 王绘春 杜玲玲 王昌娥 王玫
牛犇 张艺兴 吴樾 张嘉益 吕中 黄轩 杜淳 杨烁 海清 赵秦 杨奇鸣 李建义
张国强 陶虹 吕中 魏宗万 张恒 谢雨欣 张洪杰 李蜜 陈逸恒 雷汉 王晴 陶玉玲 田岷 赵福余 董子武 周舟 王静 纪翔
蒋雯丽 张鲁一 于荣光 李立群 吕中 杨青 卫仑 潘之琳 徐敏 许歌 王龙正 王子睿
徐秀林 吕中 何赛飞
梁冠华 吕中 张子健 须乾 姜昕言
姜昕言 李全忠 原瑾泓 马世红 郝岩 吴倩 马晨
吴樾 于娜 侯勇 王绘春 宁静 姜昕言 商蓉 陆诗雨 刘沙 沉浮 杨健广 杜旭东 熊英 于艳 邓淑丽 董娴
梁冠华 淳于珊珊 赵军凯 吕中 张美娟 赵志刚 宋楚炎 须乾 龙沐春 杨增元 芒莱 王心圣 邵万林 舒砚 张子健 季军 邓小鸥 乔于庭 姜晓贝 冯宪珍 蒋昌义 姜昕言 严燕生 于连伟
阎青妤 刘敏涛 张承好 陈道明 陈瑾 杜玉明 孔琳 李诚儒 马捷 段宇华 王伟光 刘斌 伊春德 丁勇岱 须乾 冯国强 曹力 张子健 钱志 李婷 冯丽丽 公磊 陶飞霏 柴鸥 高景文
文东俊 薛祺 鲍丹 孙煌辰 须乾
文东俊 鲍丹 薛祺 宋恺 孙煌辰 须乾
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
徐少强 李修蒙 蒋欣 马景涛 姜晓贝
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
赵岩松 张培 姜晓贝
李晨 贾青 李昊臻 潘虹 盖克 郑奇 韩雨芹 全泰秀 乔于庭 潘严 宋珂欣
韩雪 黄宥明 汤晶晶 瑛子 方晓莉 刘长纯 曹力 乔于庭 肖天 哈斯高娃 万潼 赵岩松 康磊
张若昀 李沁 陈道明 吴刚 李小冉 袁泉 于荣光 辛芷蕾 李纯 宋轶 刘桦 田雨 王阳 于谨维 郭麒麟 高曙光 李强 于洋 海一天 肖战 佟梦实 刘端端 张昊唯 李俊贤 刘润南 韩玖诺 刘美彤 韩昊霖 崔志刚 贾景晖 代文雯 李子峰 崔鹏 杜玉明 赵柯 许还山 曹翠芬 李建义 郑毓芝 梁爱琪 李洪权 赫子铭 罗二羊 傅迦 赵振廷 董可飞 康杰 张恒瑞 郭家诺 常铖 于安 淮文 孙亦沐 王铮 邓童天 乔于庭 林静 于小鸣 姜洋 东靖川 阎鹤祥
李晨 秦焰 宣依 王刚 霍思燕 杜江 宦普凡 孙亮 于越 高亮 张燃 那志东 乔于庭 贾雨岚 陈筱忱 傅羽嘉 罗熙 孔兵
郭京飞 陈数 李浩菲 孙艺洲 阿如那 张瑞涵 林永健 刘佩琦 高亮 吴健 宋元甫 高海宝 陈启杰 杨子骅 迟蓬 赵志刚 邵汶 徐望 常荻 董凡 闫勤 李庆誉 黄俊琪 冯阳 辛鹏
张东 陈张太康 李诗萌 季冠霖 张喆 梁晓强 宣晓鸣 商虹 张艺 钱文青 周莹 曾梦玉 羊仔 景向谁依 郭政建 严燕生 林强 王秋皓 杨洁 木易 柒夜
张子健 梁冠华 曲栅栅 苑冉 王智 刘亚津 严燕生 戴云霞 平田康之 铃木美妃
淳于珊珊 庄翰 郭迦南 张雅钦 朱林雨 黄靖洲
汪东城 贾青 戴祖雄 吴佳尼 梁洁 田雷 巫迪文 淳于珊珊 陈德修 楼学贤
未知
杨议 韩兆 杨少华
刘佳杰 张晓夫 莫晓峰
苏映人 汤天虹 陈美伦 俞思远 齐冰 丁叮 韩铭霏 赵心源 周越 鹤娘娘
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