Если главные роли играли дебютанты, то на второстепенных были настоящие звёзды.
Режиссёр сильно сомневался, что знаменитый Евгений Урбанский согласится на маленькую роль инвалида. Но актёр, вопреки тревожным ожиданиям режиссёра, уверенно заявил на предварительном собеседовании: «По-моему, это моя работа. Только, пожалуйста, если можно, без проб». Незабываемый образ создал он в этом фильме. Актёр поднялся в этой роли до больших трагедийных высот, потрясая глубиной человеческого переживания. Эта роль стала второй в фильмографии Урбанского и подарила перспективу дальнейшего сотрудничества с Чухраем, у которого актёр и сыграл свою звёздную роль в картине «Чистое небо». Евгений Урбанский трагически погиб на съёмках фильма «Директор». Выполняя трюк на машине, актёр не справился с управлением и получил несовместимые с жизнью травмы.
С энтузиазмом согласился на небольшую роль генерала и звезда советского кино Николай Крючков, вспоминавший впоследствии:
«Конечно, дорога мне маленькая роль Генерала в «Балладе о солдате». Немолодой это, уставший, мудрый и бесконечно ненавидящий войну человек. Ведь на его глазах гибнут такие золотые мальчишки, как Алёша Скворцов! Да, «Баллада о солдате» … В мире нет солдата, равного русскому. Иногда по грудь в воде, и кухня не подоспела, и НЗ кончился, а завернулся в шинельку — она и домом, и постелью была — и ни шагу назад. И в атаку, раз надо Родину защищать!».
После «Баллады» Крючков продолжил сниматься в кино, выходить на сцену и даже попробовал себя в писательском искусстве, став автором книги «Чем жив человек». Умер актёр 13 апреля 1994 года.
Антонина Максимова сыграла Катерину, маму Алёши. Эту мужественную и горячо любящую сына героиню у неё получилось воплотить искренне, ведь Максимова знала о Великой Отечественной войне не понаслышке. В период с 1941 по 1943 год актриса служила радисткой. Антонина Максимова «накопила» большую фильмографию ещё задолго до съёмок в «Балладе о солдате». До конца жизни она играла в кино и Театре-студии киноактёра. Умерла 4 октября 1986 года.
Что касается образа матери Алёши, то он гораздо более других несёт в себе элемент обобщения, становится символом матери. Катерина — простая русская женщина, успевшая лишь на минуту увидеть и обнять сына-солдата, а потом потерять навсегда. Мы не узнаём о Катерине подробностей, но знаем про её жизнь самое главное, что это мать, отдавшая войне сына.
Она успокаивает сына: «Ты не думай, я всё выдержу, всё перенесу… а тебя дождусь… отца не дождалась, а тебя дождусь». Грузовик с Алёшей удаляется по бесконечной дороге, а мать смотрит вслед полными слез и боли глазами…
Эпизод прощания Алёши с матерью получился как-то сразу, легко и хорошо. Чухрай вспоминал: «Едва артистка Антонина Максимова появилась на съёмочной площадке, я сразу почувствовал, что она так тонко и глубоко понимает роль, что моя задача — не мешать ей, не нарушать её представление об образе. В этих сценах я главное внимание уделял её партнёру. Должен сказать, что волнение артистки передавалось всем окружающим».
В эпизодах «Баллады о солдате» появлялись Георгий Юматов, Евгений Евстигнеев, Лев Борисов, Эльза Леждей, Нина Меньшикова, Раднэр Муратов, Всеволод Санаев, Екатерина Савинова, Валентина Телегина, Любовь Соколова и многие другие актёры, которые уже тогда были известны или стали очень популярны чуть позже и впоследствии в разные годы были удостоены звания народный артист СССР.
Игра актёров поражает своей искренностью и естественностью. Им веришь, с ними переживаешь, их узнаёшь. В глазах героев столько горя, радости, любви, грусти, тоски, переживания, робости… А какие лица! И ведь дело даже не в киноплёнке. Такие лица в кинематографе трудно встретить — такая духовность и проникновенность, по-настоящему Актёры с большой буквы!