2002——2004年,章子怡连续出演了张艺谋导演的武侠电影《英雄》和《十面埋伏》,与李连杰,梁朝伟,张曼玉,刘德华,金城武等华人演员同台演绎。两部影片全球票房超过2.7亿美元,并打破了当时中国电影的票房纪录,开创了中国商业“大片”时代。《英雄》与《十面埋伏》加上《卧虎藏龙》被誉为章子怡早期电影的“武侠三部曲”。
在2004和2005年“福布斯中国名人榜”中连续两年高居第二位(女星中第一位)。除接拍大片外,章子怡也出演了娄烨导演的《紫蝴蝶》以及侯咏导演的《茉莉花开》等文艺类型电影。
2005年,分别凭借《十面埋伏》摘得华表奖优秀女演员和《茉莉花开》的金鸡奖最佳女演员奖。2月1日,章子怡作为颁奖嘉宾出席第77届奥斯卡颁奖礼。3月,凭借主演王家卫导演的电影《2046》夺得香港电影金像奖最佳女主角奖。
2006年,凭借在《艺伎回忆录》中的表演,获得美国电影金球奖最佳女主角提名。同年,接拍冯小刚的首部古装大片《夜宴》,在电影中饰演婉后。
2007年,章子怡为好莱坞动画大片《忍者神龟》中的反面角色卡拉(“鬼脚忍者”的头领)配音。
2008年,仍将工作重心放在国内的章子怡,参与拍摄了陈凯歌导演的《梅兰芳》,扮演梨园名人孟小冬。成功塑造了一代冬皇孟小冬,并拿下了人生的第二个华表奖优秀女演员奖, 化身“默片女皇”。
2009年,首次担任制片人并主演电影《非常完美》。同年也接拍了王家卫导演拍摄的动作电影《一代宗师》。同年,章子怡与丹尼斯·奎德合作的《骑士》上映,章子怡在其中扮演一个外表柔弱的杀人凶魔,另外一部新片则是与韩国明星苏志燮合作的《非常完美》。
2011年5月10日,参与主演文艺电影《最爱》上映。
2013年1月8日,筹备、拍摄多年的《一代宗师》国内公映。
2013年章子怡参与吴宇森导演的《太平轮》,于2014年上映。