刘德华担任影片联合监制，并饰演瓦西里一角，当天未能来到现场的华哥隔空送来线索，但“无效剧透”让瓦西里依然身份成谜。《莫斯科行动》是张涵予和刘德华的第四次合作，趁着老搭档不再，张涵予现场调侃起对方也是“毫不留情”，笑称刘德华在电影中像“超级马里奥”，因为“他一直在地下钻水管，在里面挖呀挖呀挖”。
黄轩首次在大银幕挑战反派角色，饰演劫匪头目苗青山，他称该角色其实是个“黑化版犯罪艺术家”，文艺优雅的伪装难掩凶狠残忍的本性，肖斯塔科维奇交响乐奏鸣的是他内心的犯罪乐章。
电影《莫斯科行动》故事背景为上世纪90年代，因涉及到真实案件改编，且涉及年代、跨境等因素，为确保细节的真实性，主创研究海量资料。导演邱礼涛表示：“我是从90年代过来的，当时这个案件发生的时候很轰动。知道要拍这部电影时，也研究了很多资料，对这个案件我几乎已经成‘半个专家’了。”作为“最懂爆破的男人”，导演邱礼涛表示这次拍出警匪片的紧张感，还希望有更多突破：“希望能够拍出当时社会的面貌、人们的生活。”
据悉，电影《莫斯科行动》计划于2023年和观众见面。