2010年,《新版红楼梦》正式与观众见面,12月参加在广州举办的“南方影视盛典2010年度颁奖礼”,李沁不仅拿下“金南方年度最受媒体关注奖”,更凭借在剧中对少年宝钗的出色演绎荣获“金南方年度最佳新人奖”。2010年凭借《
建党伟业》中的“杨开慧”一角,入围第31届大众电影百花奖最佳新人奖。
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喜剧
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制作的数字电影《
落难神偷》,影片中饰演一位地下工作的革命者,与林申成功塑造了一对“欢喜冤家”。5月16日与谷智鑫主演电视剧《
中国1921》,剧中李沁扮演“杨开慧”,23日携同主创团队做客新浪直播间,与观众们一起分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佳电视剧奖。2011年10月8日由李沁、张超等主演的电视剧《
将军日记》在央视一套首播,在剧中李沁变身图书管理员,饰演参加工作的女大学生“小李”。
2012年,在电视剧《
守望的天空》中担任女一号,饰演“葡萄”,2013该剧荣获第九届中美电影节优秀中国电视剧“金天使奖”大奖。
2013年8月27日,李沁在都市情感励志剧《
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《
千金归来》中饰演复仇千金“沈长清”。根据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,携手金世佳主演古装偶像轻喜剧《
极品新娘》,剧中李沁变身古装,演绎一个性格活泼开朗的女子,与金世佳共同演绎“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《
幸福归来》开机,李沁演绎“千金扛鼎之作”。李沁和吴卓羲携手上演,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”。