2004年8月，与佟大为、杨雪等合作出演爱情剧《蝴蝶飞飞》，在剧中饰演酒店的高级管理人员麦乐乐；同年，与周一围、童蕾等合作出演情感犯罪剧《阳光像花一样绽放》，在剧中饰演冷酷叛逆的失足少女单鹃。

2005年，与王学兵、胡悦等合作出演都市情感剧《可可西里》，在剧中饰演高小涛的娇气女友丁文静；3月，与萨日娜、于娜等合作出演家庭伦理剧《母亲是条河》，在剧中饰演农村妇女周翠的大女儿大桃。

2006年，与佟大为、马伊琍等合作主演都市爱情剧《奋斗》，在剧中饰演对爱情执着，敢爱敢恨的女孩米莱。

2007年4月，与成泰燊、刘兆铭等合作主演剧情电影《车逝》，在片中饰演个性孤僻的女孩美美；6月，与剧雪、程前等合作出演都市剧《中国女法官》；6月7日，王珞丹受邀出席第三届电视剧风云盛典；同年，出演抗战剧《烽火孤儿》，在剧中饰演中日混血儿杜薇；10月，与于娜合作主演励志剧《排球女将》，在剧中饰演个性倔强的运动员厉雪。

2008年2月，主演由杨文军执导的爱情剧《暗香》，在剧中饰演因意外而卷入程远生活的中国女孩伍月；5月，凭借电视剧《奋斗》，获得金鹰奖最佳女演员的提名；6月，与陈宝国、蒋雯丽等合作出演纪实系列剧《震撼世界的七日》，在剧中饰演80后志愿者关小西；7月，与赵子琪、陆毅等合作主演青春励志剧《我的青春谁做主》，在剧中饰演个性张扬的叛逆女孩钱小样。

2009年1月8日，王珞丹出席大爱2008·时尚盛典，获得“大爱之星”的称号；4月，王珞丹在由百万民众参与，近百名娱乐记者联合票选的“80后新生代娱乐大明星”评选中与黄圣依、杨幂、刘亦菲共同获得了内地新“四小花旦”的称号；7月15日，王珞丹受邀出席“我心中的经典电影形象”评选活动；9月，凭借电视剧《奋斗》，获得第二十七届飞天奖最佳女演员的提名；10月26日，出席腾讯网星光大典，获得内地电视剧女演员奖；同年，与陈柏霖合作主演爱情喜剧电影《恋爱前规则》，在片中饰演端庄温柔的空姐冉静；12月，受邀出席ELLE风尚大典，获得年度风尚新晋演员奖。

2010年1月，与李光洁、李彩桦等合作主演励志爱情剧《杜拉拉升职记》，在剧中饰演性格直爽乐观，工作踏实的杜拉拉；2月14日，王珞丹参与录制东方卫视春晚，并演唱歌曲《说爱你》；3月，参演话剧《琥珀》；6月10日，出席第十六届上海电视节互联网大众票选活动，获得最具号召力女演员奖；8月，与李光洁合作主演爱情剧《山楂树之恋》，在剧中饰演漂亮的城里姑娘静秋；8月22日，出席未来星欢乐盛典，获得最最喜欢的女演员奖；同年，主演都市爱情电影《无人驾驶》；9月20日，出席第八届金鹰电视艺术节，并担任金鹰女神；10月20日，出席第一届大学生电视节，获得年度最受大学生喜爱的女演员奖；12月，与孙红雷、黄磊等合作出演都市爱情剧《男人帮》，在剧中饰演化妆品公司的售货员莫小闵。

2011年1月1日，王珞丹参与录制东方卫视跨年演唱会，并演唱歌曲《小时候》；3月1日，出席华鼎奖的颁奖典礼，获得华语电影新锐演员奖；3月18日，出席东方影视盛典，获得电视剧年度最具突破价值女演员奖；6月，凭借电视剧《杜拉拉升职记》，获得第十七届上海电视节白玉兰奖最佳女演员的提名；8月5日，与丁俊晖共同为《第五频道》杂志拍摄内页；10月，出演由陈凯歌执导的悬疑电影《搜索》，在片中饰演一直拼命工作的实习记者杨佳琪；11月，出席第十三届金凤凰奖的颁奖典礼，获得最佳新人奖。

2012年，王珞丹参与录制中央电视台春节联欢晚会，并与蔡国庆合唱 《常回家看看》；2月23日，与杨志刚、刘威等合作主演的军旅剧《红娘子》播出，在剧中饰演红军女战士王小红；3月31日，出席第二届乐视影视盛典，获得最具商业价值演员奖；；5月，与崔始源、袁弘等合作主演都市爱情剧《转身说爱你》，在剧中饰演因车祸而重回22岁的李明玉；8月17日，与孙红雷、张默等合作主演的犯罪情感电影《边境风云》上映，在片中饰演幼时被毒贩当人质抢走的小安。

2013年2月10日，与郭富城、梁家辉等合作出演的喜剧电影《越来越好之村晚》上映，在片中饰演性格反叛的女孩周一楠；3月，与邓超、段奕宏等合作主演犯罪悬疑电影《烈日灼心》，在片中饰演警察伊谷春的妹妹伊谷夏；8月，与林峯领衔主演古装宫廷剧《卫子夫》，在剧中饰演刘彻的第二任皇后卫子夫；9月，出席第二十九届中国电影金鸡奖的颁奖典礼，获得最佳女配角奖；同年，与彭于晏、洪金宝等合作主演动作电影《黄飞鸿之英雄有梦》，在剧中饰演孤儿帮头领阿春；11月8日，与张涵予、朱丹等合作主演的都市爱情电影《我爱的是你爱我》上映。

2014年6月，与彭于晏、窦骁等合作主演爱情电影《破风》，在片中饰演坚强、勇敢的自行车运动员黄诗瑶；7月24日，与冯绍峰、陈柏霖等合作主演的爱情喜剧电影《后会无期》上映。

2015年，主演由彭顺执导的侦探电影《宅女侦探桂香》，在片中饰演天生具备超高逻辑思维能力和学习能力的桂香；4月，与黎明领衔主演悬疑爱情电影《消失爱人》；8月，主演由王小帅执导的剧情短片《玉米人》；9月，与刘烨、黄志忠等合作主演战争电影《我的战争》，在片中饰演性格爽朗的文工团队长孟三夏；11月，出席第七届澳门国际电影节，获得最佳女主角奖。

2016年4月29日，出席第十九届华鼎奖的颁奖典礼，获得中国当代题材电视剧最佳女演员奖；10月，与张嘉译、江珊等合作主演都市医疗剧《急诊科医生》，在剧中饰演急救医学博士江晓琪；10月15日，出席第十三届中国长春电影节，获得最佳女配角奖；11月，出席第八届澳门国际电影节，获得最佳女主角奖。

2017年4月，王珞丹参与录制了北京卫视明星跨界音乐节目《跨界歌王第二季》，并演唱了《直来直往》、《你把我灌醉》、《左边》等歌曲。

2018年1月1日，出席2017安徽卫视国剧盛典，获得年度影响力剧星奖；3月13日，受邀出席中国电视剧品质盛典，凭借电视剧《急诊科医生》获得年度品质表现力剧星奖；9月，担任短视频节目《丹行道》的制片人；10月，与王传君合作主演科幻电影《不老奇事》；12月，与黄渤、谭卓合作主演科幻类电影《被光抓走的人》开机。

2019年6月，与王一博、程潇共同参与录制滑板真人秀《极限青春》；10月9日，参加的明星旅行电影式慢综艺《慢游全世界》播出。