2010年,周冬雨因被张艺谋导演选中,出演电影《山楂树之恋》中的女主角静秋而走红,从而踏入影坛,周冬雨凭借在此片中的表现,获得包括华表奖、西班牙Valladolid国际电影节(即:西班牙巴利亚多利德国际电影节)最佳女演员奖、上海影评人奖最佳新人奖奖项。《山楂树之恋》奖项票房双丰收,不仅入围柏林国际电影节水晶熊奖和金像奖最佳亚洲电影[,还获得华表奖优秀故事片奖,并且刷新了国产文艺片的票房新记录,收获了1.6亿元的票房。10月7日,张艺谋新片《山楂树之恋》为第15届韩国釜山国际电影节开幕片,张艺谋及两位主演窦骁、周冬雨出席了开幕式。据釜山电影节组织委员会的消息,9月27日下午5点,组委会开始对开闭幕影片的电影票进行网络预售,《山楂树之恋》的票在开售18秒之后全部售罄,创下了历届釜山电影节电影票最短时售罄的销售纪录。夏威夷当地时间10月14日上午,张艺谋携《山楂树之恋》的主演周冬雨和窦骁出席了第30届美国夏威夷国际电影节的开幕新闻发布会。11月1日,周冬雨签下她个人第一份广告代言合约,成为 “中草药护肤专家”——相宜本草新产品的代言人。11月10日,周冬雨正式代言美的旗下冰箱、洗衣机全线产品。之后的几个月,周冬雨相继代言了天喔蜂蜜柚子茶、金丝猴三层冰晶糖、卡西欧电子词典。12月21日,周冬雨出席2010年BQ红人榜颁奖盛典,凭借《山楂树之恋》斩获年度电影新人奖。
2012年,2月5日,周冬雨出席第23届哈尔滨冰雪电影节,凭借《山楂树之恋》斩获最具商业价值新人奖,并主演“ELLE 5.20我爱你”女性系列短片之爱在巴黎《妙之异境巴黎》,该片由华裔美籍导演陈奕利监制、清纯“谋女郎”周冬雨主演,还邀请到全球知名摄影师、导演、MV制作人Stéphane Sednaoui,跨界为ELLE拍摄艺术生涯中的第一部电影短片。