2002年，参演电视剧《马大姐和邻居们之读书破万卷篇》，饰演”书商“；参演电视剧《蓝色较量》，饰演小混混”金鱼“并负责音乐制作部分；参演电视剧《相见恨早》，饰演“温志伟”；监制电视剧《不觉流水年长》《堆积情感》，负责音乐制作部分。2003年，首次出演男主角，在电视剧《立案侦查》中饰演重案组警官“雷鸣”，通过这部剧集学会了影视监制 。同年，参演《天堂鸟》并负责音乐制作部分。2004年，以主演、监制、制片人和音乐编辑的多重身份参加《非常道》的制作，在超支60万元且没有最后8集剧本的情况下，找了两个打字员倒班，一周没有睡觉，口述补齐剧本 。2005年，主演《捕蛇行动》、《阳光下的冰器》、《新英雄虎胆》、《离婚进行时》、《军人机密》、《怒江魂》 ；同时作为《沙家浜》的后期监制、《海的誓言》监制、《离婚进行时》总策划、《阳光下的冰器》总策划和制片人参与了多部电视剧的制作。2006年，在电视剧《29天半》担任主演和音乐编辑；参演《玉碎》 ，饰演一个日本人 ；主演《道可道》并担任监制。 2007年，主演《追查到底》 。2008年，主演《相思树》、《兄弟门》、《义本同心》、《温柔的背后》 。2009年，主演电视剧《大爱无敌》、《剑谍》、《嫁衣》、《昏迷不醒》；参演《咫尺天涯》 。凭借《剑谍》获得了东方卫视、江苏卫视和南方电视台的最佳男演员、最受观众喜爱男演员以及年度最具人气男演员等奖项。2010年，主演《黎明之前》、《上海上海》、《追捕》等剧集；参演《雪豹》、《老马家的幸福往事》、《留神》、《老大的幸福》。其中凭借《黎明之前》获得中国电视金鹰奖最佳表演艺术男演员奖和最受观众喜爱男演员奖、华鼎奖最佳男主角奖、上海电视节最具人气男演员奖等多个奖项 。2011年，主演并参与监制了电视剧《请你原谅我》；参演《青盲》 ；主演《心术》。 2012年，主演电视剧《乱世书香》 ，客串电影《四大名捕》第二部和第三部 。2013年主演电视剧《赵氏孤儿案》，凭借此剧在第二届中国电视剧导演工作委员会年度表彰盛典获得最佳男主角奖 ；同年主演电影《北京遇上西雅图》，电影票房破5亿，刷新国产爱情片票房纪录 ，凭借此片获得第32届大众电影百花奖和第21届北京大学生电影节最佳男演员提名 。同年客串电视剧《精忠岳飞》饰演高宠一角，与黄晓明、林心如合作。 2014年主演电视剧《离婚律师》 ，首轮上星播出期间稳居收视冠军宝座， 该剧2014年的视频网站播放量突破22亿，凭借腾讯独播便进入2014年度艺恩ETVT电视剧网络播放量TOP10，是TOP10中唯一的独播剧集。 主演电 视剧《我的青春高八度》 。主演农村题材电视剧《马向阳下乡记》，该剧收视率为2014年全国上星频道收视排行十强 。同年凭借电视剧《赵氏孤儿案》获得第42届国际艾美奖最佳男演员奖提名。2015年3月21日，担任东方卫视的中国首档明星喜剧竞赛真人秀《欢乐喜剧人》第一季节目主持人 。2015年12月28日，凭《马向阳下乡记》和《赵氏孤儿案》两部剧获得第30届中国电视剧飞天奖优秀男演员奖提名 。同年，与薛晓路、汤唯再次合作，主演电影《北西》的姐妹篇《北京遇上西雅图之不二情书》 ，国内票房达7.9亿，刷新国产爱情片票房纪录 。2016年2月，主演古装电视剧《军师联盟》，饰演三国时期魏国重臣司马懿，同时担任该剧总制片人和监制 。8月，担任浙江卫视的原创喜剧竞演综艺节目《喜剧总动员》的“队长”，该节目每期的收视率都为周六晚间省级卫视所有综艺节目CSM52收视率排名第一 。