小陈最好的朋友老王，也是按照魏鹤龄的外貌和性格设计的，小陈和老王，就是生活中的赵丹和魏鹤龄。
袁牧之的场记钱千里则在片中饰演了重要配角，小陈和老王的铁哥们剃头匠。
片中重要的反派角色琴师，饰演者王吉亭是默片时代的明星，后来因为抽大烟变得形容枯槁跟鬼一样，但这副尊容演黑心琴师却非常合适。
女二号非常难演，小云的戏份不算多台词也很少，却很需要演技，袁牧之找的是著名话剧演员赵慧深，她有一个很特殊的身份，话剧《雷雨》首演者，第一版繁漪饰演者，她在话剧中将繁漪的孤独、忧伤演绎得非常成功，轰动了当时的文艺界。
最难找的演员，恰恰是该片的女一号小红，袁牧之认为明星公司里根本没有能演小红的人，他决定邀请竞争对手艺华公司的龙套演员周璇来饰演，巧的是，周璇之前的名字就叫周小红，袁牧之很早就通过周璇的哥哥也是电影明星的周履安认识了她，所以也不排除袁牧之有意把这个角色的名字设计成小红。
不过，当时的周璇仅仅是在歌唱界崭露头角，在电影界她依然是个新人，只能在电影里跑跑龙套演个小配角，袁牧之让周璇主演《马路天使》的想法一提出，立刻遭到了很多人包括赵丹的反对。
但袁牧之决心已下，他甚至和艺华公司达成协议，让明星公司当红影星白杨和周旋对调，周璇来演《马路天使》，白杨也可以到艺华公司去主演一部电影，拿一位明星去换一个新人，这让赵丹感到难以理解。
但，等周璇来到片场时，赵丹只看了一眼就同意了袁牧之的眼光，周璇就是小红。
