2010年，与周冬雨合作主演爱情电影《山楂树之恋》，在片中饰演长相英俊、笑靥亲切的男主角孙建新（老三），这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈   ；12月21日，获得“第5届BQ红人榜颁奖盛典”年度电影新人奖   ；此外，他还获得了腾讯星光大典年度潜力电影演员奖   。

2011年2月2日，参加中央电视台春节联欢晚会，并与韩庚、周冬雨、董洁等一同表演开场歌舞《回家过年》   ；6月29日，其主演的剧情电影《秋之白华》上映，而他在片中则饰演了才识渊博且富有理想的男主角瞿秋白   ；9月28日，获得FIRST·西宁青年影展颁奖盛典最受国际大学生瞩目华语电影新人奖   ；10月25日，获得影视风云榜新势力盛典最受欢迎电影男演员奖   ；12月2日，其主演的动作电影《赛车传奇》上映，而他在片中则饰演了年少轻狂且恃才自傲的天才赛车手叶浩城   ；12月15日，其出演的革命战争电影《金陵十三钗》上映；12月22日，其主演的爱情电影《倾城之泪》上映，而他在片中则饰演了经过努力打拼而在事业上有所成就的陈升   。

2012年3月15日，其主演的犯罪悬疑电影《大追捕》上映，而他在片中则饰演了少年时期的男主角王远阳   ；9月27日，其主演的爱情电影《危险关系》上映，他在片中饰演才华横溢且浑身洋溢着法兰西浪漫气息的戴文舟   。

2013年5月16日，参加第66届戛纳国际电影节开幕式，并与奚梦瑶一同走红毯   ；同年，主演让·雅克·阿诺执导的冒险电影《狼图腾》，在片中饰演男主角陈阵的好兄弟杨克   。

2014年5月16日，其主演的动作电影《城市游戏》上映，而他在片中则饰演了极限爱好运动者张玮柏   ；同年，与陈意涵、杨祐宁、宋伊人合作主演古装穿越爱情电影《新步步惊心》，在片中饰演性格洒脱不羁、追求自由、能文能武、温柔又不失霸气的男主角爱新觉罗·胤禵，这是他首次在影视作品中尝试古装扮相   ；10月，参加浙江卫视明星户外竞技真人秀节目《奔跑吧兄弟》的录制   。

2015年2月19日，其主演的冒险电影《狼图腾》上映，该片最终以6.97亿元人民币的票房成绩收官   ；4月15日，其主演的都市爱情电影《我是女王》，而他在片中则饰演了崇尚自我、鼓励Annie找回自己的男主角Mark   ；8月6日，其主演的青春励志电影《破风》上映，而他在片中则饰演了性格内敛又不乏丰满个性的单车队队员邱田   ；10月，作为加速队员参加湖南卫视明星户外真人秀节目《全员加速中》   ；同年，出演奥斯汀·史密萨德执导的科幻电影《LOG OUT》；之后，与黄轩、周一围、徐璐合作主演古装魔幻剧《海上牧云记》，在剧中饰演性格强悍、武功高强的穆如寒江   。

2016年1月1日，其主演的爱情喜剧电影《一切都好》上映，而他在片中则饰演了为了梦想而不惜卖房创业的管全   ；同年，与赵丽颖、林更新、李沁、邓伦、王彦霖合作主演古装传奇剧《楚乔传》，在剧中饰演冷静、腹黑且多疑的西凉世子燕洵   ；7月1日，其与约瑟夫·费因斯、涂世旻主演的战争电影《终极胜利》上映，而他在片中则饰演了为人耿直、重情重义的黄包车夫徐牛   ；12月，凭借电影《六人晚餐》获得第11届巴黎中国电影节最佳男演员奖   。

2017年，与唐嫣、杨烁合作主演都市情感剧《时间都知道》，在剧中饰演自信风流且放荡不羁的男主角叶珈成   ；6月16日，其主演的青春爱情电影《六人晚餐》上映，而他在片中则饰演了漫溢深情却玩世不恭的男主角丁成功   ；同年，与苗苗、彭冠英共同主演都市情感剧《爱上你治愈我》，他所饰演的男主角颜书仁是个性格沉稳、低调内敛的精神科医生   ；11月14日，与古力娜扎合作主演都市职场剧《十年三月三十日》，在剧中饰演男主角靳燃   。

2018年2月，与迪丽热巴合作主演古装电影《日月传奇》，在影片中饰演男主角后羿   ；同年，与王学圻、昆凌、柏安联合主演西蒙·韦斯特执导的灾难电影《天·火》   。2019年，与唐嫣搭档主演古装传奇剧《燕云台》，他所饰演的男主角韩德让，是英勇聪明的摄政王，和萧燕燕自小青梅竹马，并且一直爱着对方   。

2020年，与陈都灵合作主演年代情感剧《良辰好景知几何》，饰演男主角萧北辰   ；同年1月，与范伟，张颂文合作主演的电影《不速来客》杀青，饰演外卖员马明亮   ；同年8月，参演献礼建党100周年电影《1921》，饰演中共一大代表陈潭秋   。

2021年，与奚美娟、邓家佳合作主演时代报告剧《我们的新时代》之《排爆精英》单元   ；同年4月，作为常驻嘉宾，参与录制浙江卫视推出的星空下自驾露营青春慢综艺《追星星的人》   ；同年6月，与江疏影等人合作主演都市剧《欢乐颂3》，饰演戴维 ；6月23日，与李沁、张云龙、李亭哲合作主演都市情感剧《海上繁花》开播，在剧中饰演阳光帅气且外冷内热的男主角雷宇峥 ；7月1日，参演的电影《1921》上映   ；10月22日，主演的电影《不速来客》上映   。11月9日，在播出的纪录片《勇敢者的征程》里担任探险者。