2010年，孙俪出演刘镇伟导演的电影《越光宝盒》， 拍摄了刘镇伟导演的电影《天仙奇缘》（又名《大话天仙》）进度一半时因片方撤资而停拍。
 
2011年，孙俪出演电视剧《后宫甄嬛传》，在剧中饰演甄嬛，因其在《甄嬛传》里的演技，孙俪获得2012年国剧盛典最佳女主角，并获得两项提名，上海杜莎夫人蜡像馆也为她在戏中“皇太后”造型塑造蜡像。同年参演了与麦兆辉、庄文强导演合作的《关云长》及陈嘉上导演的《画壁》。
 
2013年，孙俪出演电视剧《辣妈正传》，在剧中饰演女主夏冰。
 
2014年2月，孙俪主演的电影《大话天仙》上映。6月，因电视剧《辣妈正传》荣获第20届上海电视节"白玉兰奖"最佳女演员奖。9月6日，孙俪产后复出拍摄郑晓龙导演的古装剧《芈月传》，剧中饰演芈月。10月，孙俪再因电视剧《辣妈正传》荣获第27届金鹰奖最具人气女演员奖。
 
2015年9月，邓超兼任导演和主演的电影《恶棍天使》揭开女主角面纱，孙俪饰演查小刀，影片定档12月24日上映。