1995年，出演翟俊杰執導抗戰電視劇《七戰七捷》，在劇中首次飾演周恩來總理。1997年，參與拍攝了戰爭電視劇《大進軍南線大追殲》和《大轉折》。
2000年，在為中國共產黨80周年誕辰創作的電視劇《日出東方》中飾演中國近代民主革命家廖仲愷。2001年，與史蘭芽主演年代電視劇《魯迅與許廣平》，飾演文學家、思想家、中國現代文學的奠基人魯迅。
2002年，在歷史題材電視劇《非常公民》中飾演滿洲國時期日本關東軍高參、溥儀身邊為的帝室御用掛吉岡安直。
2008年，出演民主人士張瀾為追求民主富強和民族獨立而頑強奮斗的一生的電視劇《民主之瀾》，并再次飾演周恩來。2010年，與陳寶國、郭廣平、高明和潘虹等主演諜戰劇《決戰南京》。同年與吳興國、徐守莉合作主演愛情電影《愛在廊橋》，在電影中飾演北路戲戲班演員、靠喜餅店維持生計的阿旺。
2011年，主演革命歷史劇《東方》，再次飾演周恩來，表現了周總理如何打開新中國外交新局面的形象。同年與唐國強、陳建斌、鄭國霖合作主演革命題材電視劇《五星紅旗迎風飄揚》，再次飾演周恩來，并憑借該劇獲得了2011金南方年度重大題材演藝獎。同年再次與陳力導演合作，出演歷史題材電影《湘江北去》，飾演無產階級革命家何叔衡。
2012年，主演講述了周恩來到革命老區調研四個晝夜的故事的電影《周恩來的四個晝夜》，
孫維民憑借此電影獲得第29屆中國電影金雞獎的提名和最佳男主角獎的提名。
2013年，在近代傳奇劇《末代皇帝傳奇》中再次飾演周恩來。2014年，主演解放戰爭年代電影《一號目標》，在電影中飾演周恩來。
2015年，拍攝根據《我的伯父周恩來》改編的電視劇《海棠依舊》，飾演27年總理生涯里最接地氣的一面的周恩來總理。2016年，出席中國金雞百花電影節首屆國際微電影展映盛典。
2018年5月27日，為弘揚周恩來精神，挖掘其現實意義以激勵當代青年，《相會中華騰飛時·傳世經典頌恩來》詩歌詠誦匯在周恩來母校天津市南開中學錄制。王鐵成、孫維民、朱亞文老中青三代周恩來扮演者聯袂出場。
2019年9月19日，主演的歷史、外交題材電視劇《外交風云》播出。
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