2008年，與葛優、鄔君梅、段奕宏合作主演桃色喜劇電影《桃花運》，在片中飾演老實善良且帶點傻氣的酒店廚師關祥，與小宋佳飾演一對情侶 ；同年6月，憑藉電影《極限救援》獲得“第11屆上海電影節傳媒大獎”最具潛力新人獎 。2009年，與廖凡、張譯、楊爍合作主演抗戰劇《生死線》，在劇中飾演寧守備團的上尉副官龍文章；同年10月，憑藉電影《極限救援》入圍“第37屆國際艾美獎”最佳男主角獎；同年，與徐帆、張靜初、陳道明合作主演災難電影《唐山大地震》，在片中飾演女主角方登的弟弟方達 。2010年，與劉燁、陳坤、張嘉譯合作主演歷史電影《建黨偉業》，在片中飾演張國燾，這是他首次出演歷史人物；同年，與小宋佳、楊立新、霍思燕合作主演家庭情感劇《風車》（原名《我和我的小姨》），在劇中飾演做人真誠、做事講義氣的男主角樑塵 ，同年，與陳思誠、張譯、楊冪合作主演都市情感劇《北京愛情故事》，在劇中飾演個性格溫和、無慾無求的男主角吳狄，與此同時李晨還擔任了該劇的監製；同年10月，出版個人首本文學作品《晨光倒影》 。
2011年3月，憑藉電影《唐山大地震》獲得“第五屆娛樂大典”年度電影飛躍人物大獎；同年，與李雪健、陶虹、奚美娟合作主演公益電影《楊善洲》，在片中飾演男主角楊善洲的得力助手周波；同年，與鄭伊健、于波、周渝民合作主演古裝電影《忠烈楊家將》，在片中飾演楊四郎，這是他首次出演古裝電影；同年，與馬伊琍、尤勇合作主演年代情感劇《風和日麗》，在劇中飾演剛毅正直、深情專一的軍官劉世軍；之後，他還出演了趙寶剛執導的都市情感劇《北京青年》，在劇中飾演經濟學碩士何東。2012年，與張譯、高捷、張殿倫合作主演近代革命劇《好傢伙》，在劇中飾演海灘一幫派老大屠先生一力培養的接班人時光；同年5月，福布斯中國名人榜公佈，李晨首次上榜，位列第56名；同年8月，憑藉電影《唐山大地震》獲得“第31屆大衆電影百花獎”最佳男配角獎的提名。2013年，與霍思燕、于越、杜江合作主演當代勵志劇《草帽警察》，在劇中飾演心地善良溫和、爲人穩重踏實的男主角劉五四；同年，與靳東、潘虹、高鑫合作主演醫療劇《到愛的距離》，在劇中飾演普外科主任李睿；之後，他還客串了劉燁、陳寶國主演的近代戰爭劇《北平無戰事》，在劇中飾演齊慕堂；同年，與藍盈瑩、安宇、李鬱文合作主演微電影《致父親》，在片中飾演身爲攝影師的男主角王浩然；同年8月25日，其主演的微電影《因情圓缺2：代理相親》在北京舉辦了首映禮。
李晨身上有一種理科生的典型特質，睿智、陽光、親和、穩健 。李晨的五官線條夠英朗，搭配健康的膚色更是男人味十足。李晨外形陽光帥氣，並且親和力十足。李晨能夠緊扣角色，並且對角色的把握張弛有度。在經過多部戲劇的紮實積累，讓他的演技日臻精湛，也比同齡人多了一些心靈的淬鍊。李晨不僅擁有帥氣的肌肉線條與爆表的顏值，他言語間的體貼、溫柔又不失霸道的味道更讓《我們結婚吧》中的角色爆發男性荷爾蒙。
