2011年在电影《杨善洲》中饰演周波,成功塑造了老书记接班人周波质朴、坚韧、默默奉献的人物形象,出演电影《忠烈杨家将》中饰演杨四郎,这是李晨首次主演商业古装电影,是他拓宽戏路的一次突破和尝试,出演电视剧《风和日丽》中出演刚毅正直、深情专一的军官刘世军,之后出演电视剧《北京青年》,剧中李晨首次与赵宝刚导演合作,出演经济学硕士何东,何家老大为了找寻真正的自我,辞去优越的工作、放弃结婚,执意重走一遍青春路。
2013年出演微电影《致父亲》,主要讲摄影师王浩然(李晨饰演)正处在事业的瓶颈期,面临着摄影大赛资格被取消的危机,8月25日,李晨主演的微电影《因情圆缺2:代理相亲》在北京举办了首映礼,8月29日,李晨赴美国拍摄由搜狐视频制作的音乐旅行真人秀节目《唱游天下》第二季。