2011年2月3日,李沁参演了由星美(北京)影业有限公司出品的古装喜剧电影《神奇侠侣》,李沁在剧中饰演“蓝凤凰”。5月13日主演由北京东方飞云国际影视公司投资制作的数字电影《落难神偷》,影片中饰演一位地下工作的革命者,与林申成功塑造了一对“欢喜冤家”。5月16日与谷智鑫主演电视剧《中国1921》,剧中李沁扮演“杨开,23日携同主创团队做客新浪直播间,与观众们一起分享该剧的台前幕后的故事,2012年《中国1921》荣获第26届中国电视金鹰奖最佳电视剧奖 。2011年10月8日由李沁、张超等主演的电视剧《将军日记》在央视一套首播,在剧中李沁变身图书管理员,饰演参加工作的女大学生“小李”。
2012年,在电视剧《守望的天空》中担任女一号,饰演“葡萄”,2013该剧荣获第九届中美电影节优秀中国电视剧“金天使奖”大奖。