2010年，《新版红楼梦》正式与观众见面，12月加入在广州举办的“南边影视盛典2010年度颁奖礼”，李沁不但拿下“金南边年度最受媒体关注奖”，更凭仗在剧中对少年宝钗的隽拔演绎荣获“金南边年度最好新人奖”。2010年凭仗《
建党伟业》中的“杨开慧”一角，入围第31届公共电影百花奖最好新人奖。
2011年2月3日，李沁参演了由星美（北京）影业有限公司出品的古装笑剧
电影《
神奇侠侣》，李沁在剧中饰演“蓝凤凰”。5月13日主演由北京东方飞云国际影视公司投资建造的数字电影《
落难神偷》，影片中饰演一名地下事情的革命者，与林申胜利塑造了一对“欢喜冤家”。5月16日与谷智鑫主演电视剧《
中国1921》，剧中李沁饰演“杨开慧”，23日带同主创团队做客新浪直播间，与观众们一路共享该剧的台前幕后的故事，2012年《中国1921》荣获第26届中国电视金鹰奖最好电视剧奖。2011年10月8日由李沁、张超等主演的电视剧《将军日志》在央视一套首播，在剧中李沁变身图书管理员，饰演加入事情的女大学生“小李”。
2012年，在电视剧《
守望的天空》中担负女一号，饰演“葡萄”，2013该剧荣获第九届中美电影节优异中国电视剧“金天使奖”大奖。
2013年8月27日，李沁在都市感情励志剧《
璀璨人生》中饰演“余非”。10月30日在现代都市女性励志复仇剧《令媛归来》中饰演复仇令媛“沈长清”。按照作家九夜茴小说改编于2011年拍摄的电视剧《
花开半夏》，李沁在剧中饰演“如画”。
2014年，联袂金世佳主演古装偶像轻笑剧《
极品新娘》，剧中李沁变身古装，演绎一个性情活泼开畅的女子，与金世佳配合演绎“娇妻憨夫”欢喜情侣。3月，李沁与实力男星韩栋首次合作，出演电视剧《
情满雪阳花》。“2014年国剧盛典”李沁斩获最具潜力女演员奖。2014年11月17日，李沁主演的电视剧《幸运归来》开机，李沁演绎“令媛扛鼎之作”。李沁和吴卓羲联袂演出，剧中李沁短发示人特显率真气质。
2015年，李沁参演青春爱情电影《致青春2：原来你还在这里》与吴亦凡、刘亦菲合作，饰演孟雪一角。同年，参演《
白鹿原》，饰演“田小娥”。
