2002年，出演李铭顺、范文芳、连凯主演的古装神话剧《奔月》，在剧中饰演东福，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。

2003年，出演根据海岩同名小说改编的都市情感剧《平淡生活》，在剧中饰演地痞流氓王德江，这是他从北京电影学院进修毕业后的首部电视剧作品 ；同年，出演张国立、张铁林主演的古装剧《布衣知县梵如花》（原名《布衣知县》），在剧中饰演李二 。

2004年，出演巴森、萨仁高娃、赵恒煊主演的古装历史剧《成吉思汗》，在剧中饰演男主角成吉思汗的堂兄忽察儿 ；同年，出演翁虹、何家劲、莫少聪主演的古装武侠剧《醉剑恩仇录》，在剧中饰演陶雕。

2006年，出演牛飘、严晓频、金鑫、曹卫宇主演的人物传记题材电视剧《牛玉儒》，在剧中饰演江水 。

2008年，出演高发、刘劲、汪裴主演的抗战历史剧《叶挺将军》，在剧中饰演新四军游击支队二团政委谭友林 。

2010年，与温峥嵘、常戎、杜旭东合作主演革命抗战剧《洪湖赤卫队》，在剧中饰演湖匪张三，这是他首次尝试土匪的角色 。

2012年，出演广龙执导的历史电影《百灵庙的枪声》，在片中饰演前国家副主席乌兰夫 ；之后，出演强小路执导的革命爱情电影《三边红日》，在片中饰演充满正义的男主角杨啸风，而该片还入围了“金鸡百花电影节”优秀新片奖 ；同年，与印小天、齐欢、赵纯阳合作主演谍战剧《川东游击队》，在剧中饰演能文能武的医生杜方清 ；同年11月，其主演的涉案电影《馨海蝶》杀青，而在片中乌日根饰演了公正执法的男主角徐小文，这也是他首次尝试检察官的角色 ；同年12月，与郭连文、俞颖合作主演历史剧《刘少奇的故事2》，在剧中饰演刘少奇的秘书郑德 ；随后，参加了广西卫视收藏类节目《收藏马未都》的录制 。

2013年4月，参加BTV生活频道美食节目《美食地图》的录制 ；随后，受邀参加中央人民广播电台银河频道《明星粉丝同乐会》个人专访 ；出演旭泽执导的年代悬疑电影《金面具》，在片中饰演神探李建军 ；同年5月，与张棪琰、吴迪、刘旭合作主演涉案警匪剧《真凶难逃》，在剧中饰演见义勇为的饭店老板刘治国 ；同年7月，出演周伟执导的抗战电影《成成烽火之深入敌后》，在片中饰演男主角陆朝 ；随后，出演林柏松执导的励志爱情电影《怪友》，在片中饰演男主角赵吉安 ；同年8月，与王唯、孙亦沐、郑心潼、厉娜合作主演抗战剧《刺刀英雄》，在剧中饰演英勇善战的侦查排长陈勇 ；之后，参加青海卫视时尚养生节目《时尚健康》的录制 。

2015年，与张若昀、高洋、耿一正合作主演根据周立波同名小说改编的抗战剧《暴风骤雨》，在剧中饰演血性十足、说一不二的抗联哈东游击队队长魏云强 ；之后，出演杨联魁执导的抗战电影《浴血晋西北》，在片中饰演身为八路军120师晋绥军区第二分区副司令员兼暂一师36团团长的男主角高永祥 ；同年，出演张忠执导的古装电影《小西天狄道传奇》，在片中饰演身为大月国王子的男主角乌力罕 。

2018年1月26日，乌日根主演由林柏松执导的亲情励志电影《半个月亮》上映 ，在片中饰演患有精神疾病的祝淳 。

2020年12月27日，革命历史剧《跨过鸭绿江》登陆CCTV-1黄金时间首播 。乌日根饰演开国上将杨得志。

2021年主演主旋律电影《我的名字叫坚强》在片中饰演男主陈默