Так были найдены три главных героя. Раньше всех нашелся Ипполит, которого должен был сыграть Олег Басилашвили. Рязанов видел его игру в театре — и был очень впечатлен. «К моменту нашего знакомства Эльдар Александрович уже был прекрасным режиссером, — вспоминал много позже Олег Валерианович. — Я преклонялся перед актерами, которые у него снимались. В том числе и перед Сережей Юрским, с которым сидел в одной гримерной в ленинградском Большом драматическом театре. Тогда вышел на экраны фильм „Человек ниоткуда“, и это стало в нашем театре большим событием: наш молодой артист сыграл в кино главную роль! И вот однажды в БДТ появился Рязанов. Пришел он, по-моему, на „Мольера“ Булгакова, где Сережа играл блистательно. После спектакля Эльдар Александрович заглянул к нам в гримерную и, уходя, бросил мне фразу: „Странно, почему я вас до сих пор не снимал?“ Я скромно ответил, что тоже очень этому удивляюсь. Очевидно, благодаря своему остроумному ответу я и стал работать с Рязановым».

Однако буквально за пару дней до начала съемок сцен с Ипполитом Басилашвили внезапно выбыл из строя. Сначала неожиданно умер его отец, а затем столь же скоропостижно скончался знаменитый актер БДТ Ефим Копелян. В театре пошли срочные замены спектаклей — и занятость на сцене Басилашвили резко возросла.

Соответственно, и Рязанову пришлось не раздумывая искать замену Олегу. Выбор пал на актера, которого Эльдар Александрович прочил в Ипполиты самым первым, еще во время написания пьесы, — Юрия Яковлева. Тот моментально согласился выручить старого соратника-режиссера, а по счастливому совпадению все костюмы, пошитые специально на Басилашвили, как влитые сели и на Яковлева. Так что откладывать съемки не пришлось — все было сыграно и снято в срок.

Второстепенные роли были распределены гораздо раньше, чем главные, и в основном без проб (две претендентки были разве что на роль лукашинской невесты Гали: между Натальей Гвоздиковой и Ольгой Науменко Рязанов выбрал последнюю: ему понравилось «хищное лицо» этой актрисы, которое отлично легло на образ). Мать Жени сыграла «мать Деточкина» Любовь Добржанская, мать Нади — Любовь Соколова. Друзей Лукашина — любимцы Рязанова Георгий Бурков, Александр Ширвиндт и примкнувший к ним Александр Белявский. Подруг Шевелевой — Лия Ахеджакова и Валентина Талызина.

Последняя, кроме того, озвучила роль Нади. Рязанов перепробовал множество актрис, поднаторевших в дублировании зарубежных фильмов, но в их безупречно поставленных голосах режиссера что-то не устраивало. Тогда он, ни на что особо не рассчитывая, дал попробовать Талызиной произнести несколько фраз за Надю. Валентина до этого никогда не занималась дубляжом — видимо, Рязанова подкупили именно «несделанные» интонации в ее голосе.

Все песни, которые в кадре исполняют Женя и Надя, спели исполнители, подобранные Таривердиевым, — Сергей Никитин и Алла Пугачева. Голос последней хорошо сочетался с талызинским, что окончательно убедило Рязанова в верности его выбора.

Знаменательна «Ирония судьбы» и тем, что здесь Рязанов впервые встретился с одной из своих любимых актрис — Лией Ахеджаковой. «Эльдар Александрович пригласил меня сниматься в „Иронии судьбы…“. А я, решив, что это очень незначительная роль — прийти, поздравить подруг с Новым годом и уйти, такое и натурщица может сделать, — собралась отказаться. Но не по телефону, а лично — из уважения к Рязанову. Приехала к нему и говорю: „Вы знаете, я это не буду играть, потому что там совсем делать нечего.