王鼎霖編導的電視電影《我的禮物》由吳慷仁與邵雨薇主演，儘管王鼎霖的父親、也是該片的監製王鈞是娛樂界名人，但當時王鼎霖選角並未動用父親的人脈。「那時我就是憑著感覺，認為吳慷仁很適合。因為表姐認識吳慷仁，所以透過她和慷仁接觸，那時也沒提到我爸爸是王鈞，慷仁看過劇本，覺得很有感覺，就約出來聊，順利同意演出。」《我的禮物》在2017年初播出，那年夏天吳慷仁就以電影《白蟻：慾望謎網》獲頒台北電影獎影帝。
此次《第九分局》由邱澤主演，不少人以為是因為去年邱澤以《誰先愛上他的》再創事業高峰，但王鼎霖強調，《誰》片推出前，就已經相中他，而且早在2017年就和邱澤談了，後來由他與監製葉如芬共同決定由邱澤主演。「只是沒想到才敲定邱澤，他就先以《誰先愛上他的》拿下台北電影獎影帝，接著又入圍金馬獎最佳男主角。」
王鼎霖坦言，選角很多時候是緣分，《第九分局》女主角之一的温貞菱就是個例子。「温貞菱一開始就是我們的首選，早在劇本初期討論階段，我就覺得片中這個通靈女警探角色可以由温貞菱來演。我看過她的電視電影《小孩》，印象很深刻，很早就詢問她可能的檔期，即使還不確定《第九分局》什麼時候會拍。但那時她剛好要去俄羅斯留學，我只好找別人。結果這個角色是全片找最久的，有些人有談到但又退出，之後影片拍攝過程延後，再問她，剛好可以。」
巧合的是，温貞菱片中的角色和私下的她有些相似。片中的她因濟公上身得到辦案靈感，現實生活中，她不但有些靈異體質，而且平時信奉的神明也是濟公。