2006年出演电视剧《士兵突击》饰吴哲,李晨塑造了一个坚持自己的原则、充满希望和乐观的高学历、高智商、高情商的年轻少校,成为新时期优秀青年军官的典范。同时出演电影《集结号》客串出演刘干事,出场虽然只有三分钟,但充分展现了其表演功底。
2007年主演电影《地下的天空》,李晨饰演的矿工宋大明全片只有几句台词,主演电视剧《绝密押运》,饰演80后押运兵陶涛,同年主演数字电影《极限救援》,把乐于助人、豪爽直率的出租车司机刘武塑造得栩栩如生,谱写了一曲爱心接力的精神赞歌。
2013年2月,李晨主演,由杨亚洲导演,林和平编剧的电视剧《草帽警察》拍摄完毕, 4月,李晨监制并主演的电视剧《到爱的距离》开机,这是一部医院题材电视剧,李晨饰演普外科主任李睿。