2012年12月，《小期间》片方发布作家崇光一角由陈学冬饰演。
2013年，他出演的《小期间》和《小期间・青木期间》相继上映。
2014年7月16日，由陈学冬演唱的《小期间3》主题曲《不再会》发布。7月17日，陈学冬出演的电影《小期间3》在中国公映。10月，陈学冬加入湖南卫视真人秀《一年级》，与小宋佳合作，担负实习班主任。该活动已于2014年11月底结束。11月28日，陈学冬参演的爱情笑剧电影《
坏姐姐之拆婚联盟》在中国大陆上映。
2015年1月，2014新浪微博之夜在北京国贸三期隆重进行，方才结束劳碌伦敦古装周的陈学冬表态红毯，获封“微博年度男神”。3月5日，陈学冬介入配音的真人动画电影《
帕丁顿熊》在中国大陆上映，陈学冬为主角帕丁顿熊配音。3月11日，陈学冬确定出演由张艺谋执导的电影《
长城》。3月17日，确定参演《
从天儿降》。同时郭敬明发微博称陈学冬加盟并出演他的电影《
爵迹》。5月8日，为网易《小期间》（官方游戏）演唱主题曲《咱们都一样》。
