2003年，参与导演高希希执导的一部革命历史题材剧《历史的天空》饰演窦玉泉。

2004年，11月份主演刘新执导的情感大戏《五妹》饰演王革生。

2005年，8月份参与导演高希希执导、刘思言主演的现代军旅剧《垂直打击》饰演杨亿。

2006年，4月份主演由张前、陈健联合执导的最新军旅剧《中国近卫军》饰演甘冲英。

2007年，主演由韦廉执导的家庭伦理剧《郭海的家事》饰演林大寒。参与导演沈悦执导的《女人不悔》饰演唐天一。3月份参演由张促伟执导的首部描写关东商人传奇故事的电视剧《关东金王》饰演韩边外。6月份参演警匪题材电视剧《鹰与枭》饰演常征。9月份主演由孙沙执导的农村题材剧集《永远的田野》饰演乔海山。10月份参演由杨晶执导的家庭情感大戏《继母后妈》饰演薛礼强。

2008年，4月份参演唐敬睿执导的被誉为中国版加里森敢死队的电视剧《绝密1950》饰演陆超。9月份参演导演高希希执导的新版电视巨制《三国》饰演魏延。10月份参演马功伟执导的以1949年解放战争时期的鄂西地区剿匪为背景的电视剧《父亲的战争》饰演翟队长。

2009年，6月份参演红色青春主旋律大戏《新四军女兵》饰演伍云龙。10月份参演导演高希希执导的大型电视剧《美丽鲜花在开放》饰演黑皮。

2010年，1月份参演冯小宁执导的电影《黄河绝恋》饰演黑子 、凭此片夺得第23届大众电影百花奖最佳故事片、以及第06届中国电影华表奖优秀故事片奖。4月份参演刘仕裕执导的武侠传奇电视剧《抗日奇侠》饰演王牧风。9月份参演《大丽家的往事》改编自贾樟柯电影《二十四城记》饰演雷建彬。

2011年，1月份参演由沈悦执导的大型涉案题材电视剧《无法伤悲》饰演缉毒英雄沈飞扬。2月份参演由范建会执导的建党90周年献礼剧《英雄先遣连》饰演曹海林 。5月份参演由刘光执导的翻拍80年代经典电视剧《乌龙山剿匪记》饰演营长。参与舒崇福执导的抗战题材电视连续剧《从将军到士兵》饰演魏国安。6月份参演王响伟执导的全新抗日传奇大剧《独立纵队》饰演孟云霄。10份参演导演高希希执导的《楚汉传奇》饰演彭越。12月份参演由导演高希希执导的大型战争题材电视剧《三进山城》饰演于和伟。

2012年，3月份参演《五星红旗迎风飘扬2》饰演王进喜。参演张汉杰执导的《石光荣的战火青春》饰演胡刚。5月份与文清合作参演张轩南执导的大型都市情感大剧《七年之痒》饰演苏逸轩。8月份参演王响伟执导的长篇历史武侠剧《武松》饰演方腊。

2013年，1月份与黄小蕾主演《铁血独立营》饰演江雪原。5月份和秦海璐参演林建华执导的都市情感大戏《幸福稍后再播》饰演傅中。与张翰合作主演张东东执导的《独立连》饰演鲁智森。

2014年9月，主演了讲述武松传人女猪倌武喜春成为抗日女游击英雄的《游击英雄》，饰演中共巴山游击队队长朱山坡。同年与宁静主演抗战传奇大剧《地雷英雄传》，饰演赵震天一角。

2015年8月18日，民国传奇史诗情感大戏《家国恩仇记》开机，王新军和李彩桦分别担纲男一和女二。

2019年11月6日，执导并主演的《河山》在北京卫视播出。