2009年11月，进修播音主持的倪妮加入《
金陵十三钗》剧组演员选拔，在浩繁参选人中获张艺谋赏识担负片中女主角“玉墨”，并加以三年时候
秘密演艺培训。以角色“玉墨”主演的《金陵十三钗》以6.086亿取得2011年中国电影票房冠军的好成就，而且入围第69届美国金球奖最好外语片。同时《金陵十三钗》也入围了第62届柏林国际电影节主竞赛单位，但不加入评比，只进行展映，倪妮在2012年2月13日随导演张艺谋一路列席了柏林国际电影节。
2012年2月20日凭仗《金陵十三钗》而走红的倪妮屡登杂志封面，成为各大时尚杂志的封面女郎。3月20日凭《金陵十三钗》获得第六届亚洲电影大奖最好新演员奖。4月由章家瑞、竹卿执导，刘恒编剧的电影《
杀戒》开拍，倪妮与刘烨配合主演。5月30日凭《金陵十三钗》获第十二届华语电影传媒大奖最受瞩目女演员奖。6月17日凭仗《金陵十三钗》获第21届上海影评人奖最好女演员奖。7月17日，倪妮登上《时尚芭莎》八月刊封面，成为芭莎汗青上最年青的封面女郎。7月26日参演爱情电影《
我想和你好好的》，倪妮与冯绍峰首次同伴演出。10月11日加入中国上海的”精彩OK名人香水展“，成为大陆首位拥有小我香水的演员。11月9日凭仗电影《金陵十三钗》获华语青年影象论坛“年度新锐影人”。12月21日列席中国上海《红秀GRAZIA》100期派对，获年度潮流新权势大奖。
2013年1月在评花旦的评选活动中胜利被选“新四小花旦”之一。2月20日担负2013-2014秋冬系列Peuterey品牌友人。2月23日，倪妮联袂PIAGET珠宝列席了素有“小奥斯卡”之称的第28届美国电影独立精神奖颁奖礼。3月，所参演的由滕华涛执导的电影《
等风来》开拍，倪妮与井柏然主演，饰演女主角程羽蒙。55月10日，列席中国上海的TOD’S限量珍藏图片展。6月11-13日，在中国北京拍摄微电影《爱在线2》。6月所主演的由竹卿导演的电影《杀戒》开播，饰演“钢琴女神”。11月担负SK-II大中华区（2014年下半年进级为亚洲区代言人2015年已提升为全球代言人）代言人及SK-II品牌大使。
2014年1月20日，由倪妮主演的主题微电影《爱・在线》斩获2013金瞳奖微电影类最好形象代言银奖、最好传布结果金奖、最好剧情银奖、最好视觉结果银奖四项大奖。该微电影由倪妮代言的联想平板电脑联袂电影《我想和你好好的》主创团队拍摄，倪妮作为该品牌产物的首位形象代言人，被封为“2013金瞳奖最好形象代言”。2月底出演张一白执导的电影《
匆匆那年》，饰演女主角方茴，与彭于晏合作，该电影改编自小说家九夜茴的同名小说。6月5日，倪妮出任国际著名休闲服品牌UNIQLO（中文名：优衣库）全球代言人，是该品牌大中华地域首位全球代言人。6月23日，倪妮与杨颖合作主演的双女主角电影《新娘高文战》中国版在上海开机，倪妮饰演女主角之一。7月18日，倪妮列席了“瞬息・永恒――卡地亚(Cartier)时候艺术展”，继刘德华后，倪妮成为卡地亚新晋品牌好友。8月31日，倪妮列席电影《匆匆那年》定档12月5日上映发布会。12月18日，《匆匆那年》再次拿下单日票房冠军，连续连结14天票房夺冠，截止到2015年1月5日，中国内地累计票房正式突破5.8亿；倪妮成为第九届中国作家榜授予的首任“阅读星大使”。
2015年头，由倪妮介入的明星动物真人秀《奇奥的同伙》定于1月24日在湖南卫视首播，倪妮并介入演唱该节目的主题曲《你有没有听到我》，这也是倪妮首次正式开声献唱主题曲。4月1日，倪妮列席《新娘高文战》定档七夕8月20日天下上映记者发布会。4月9日，国际知名护肤品牌SK-Ⅱ官朴直式对外公布：原亚太区品牌形象代言人倪妮已正式提升成为SK-Ⅱ的全球代言人，同时倪妮也是SK-Ⅱ有史以来最年青的全球代言人。4月11日，倪妮列席新浪文娱15周年庆典并荣获“精采青年”荣誉。4月16日，倪妮与《
勇士之门》剧组表态北京国际电影节，倪妮确定出演由已经执导和编剧过经典电影《
这个杀手不太冷》的导演吕克・贝松编剧并监制的中法合拍3D动作奇幻电影《勇士之门》女主角。4月28日，世界顶尖的权势巨子模特排行网站models登载了一组倪妮演绎的主题为《似水韶华》的创意人物大片，此组片子通过记录五位卓著人物的青春韶华，向全世界展示“纷歧样的北京故事”，而倪妮是此中的一名。4月29日，倪妮继SK-II等国际代言后又拿下了LVMH集团的DFS的代言条约，5月1日在纽约拍摄最新2015秋冬告白，该告白终极会在全球多个国度地域大面积投放。此外，倪妮还受RalphLauren品牌邀请，在纽约游览驻足，5月4日加入时尚界奥斯卡MetBall慈善晚宴，倪妮的穿着被美国版的Vogue评为最好着装。7月6日，倪妮受Dior的邀请去巴黎加入Dior2015秋冬高级订制古装周，这也是倪妮第四次受该品牌的邀请前往巴黎看Dior的高订秀了。8月，由好莱坞导演安迪・坦纳特（AndyTennant）执导，倪妮与奥斯卡影帝阿德里安・布洛迪领衔主演爱情笑剧电影《
曼哈顿爱情故事》美国纽约开拍。8月20日，倪妮领衔主演的电影《新娘高文战》上映36小时票房破亿，倪妮首演笑剧张弛力度把握得很好，搞怪逗趣的表演获得了观众的一致认可，被称是全片的笑剧担任，该电影内地累积票房1.72亿。9月25日，倪妮以连卡佛大中华区品牌大使的身份列席连卡佛165周年庆典。
