2004年8月，與佟大為、楊雪等合作出演愛情劇《蝴蝶飛飛》，在劇中飾演酒店的高級管理人員麥樂樂；同年，與周一圍、童蕾等合作出演情感犯罪劇《陽光像花一樣綻放》，在劇中飾演冷酷叛逆的失足少女單鵑。
2005年，與王學兵、胡悅等合作出演都市情感劇《可可西里》，在劇中飾演高小濤的嬌氣女友丁文靜；3月，與薩日娜、于娜等合作出演家庭倫理劇《母親是條河》，在劇中飾演農村婦女周翠的大女兒大桃。
2006年，與佟大為、馬伊琍等合作主演都市愛情劇《奮斗》，在劇中飾演對愛情執著，敢愛敢恨的女孩米萊。
2007年4月，與成泰燊、劉兆銘等合作主演劇情電影《車逝》，在片中飾演個性孤僻的女孩美美；6月，與劇雪、程前等合作出演都市劇《中國女法官》；6月7日，王珞丹受邀出席第三屆電視劇風云盛典；同年，出演抗戰劇《烽火孤兒》，在劇中飾演中日混血兒杜薇；10月，與于娜合作主演勵志劇《排球女將》，在劇中飾演個性倔強的運動員厲雪。
2008年2月，主演由楊文軍執導的愛情劇《暗香》，在劇中飾演因意外而卷入程遠生活的中國女孩伍月；5月，憑借電視劇《奮斗》，獲得金鷹獎最佳女演員的提名；6月，與陳寶國、蔣雯麗等合作出演紀實系列劇《震撼世界的七日》，在劇中飾演80后志愿者關小西；7月，與趙子琪、陸毅等合作主演青春勵志劇《我的青春誰做主》，在劇中飾演個性張揚的叛逆女孩錢小樣。
2009年1月8日，王珞丹出席大愛2008·時尚盛典，獲得“大愛之星”的稱號；4月，王珞丹在由百萬民眾參與，近百名娛樂記者聯合票選的“80后新生代娛樂大明星”評選中與黃圣依、楊冪、劉亦菲共同獲得了內地新“四小花旦”的稱號；7月15日，王珞丹受邀出席“我心中的經典電影形象”評選活動；9月，憑借電視劇《奮斗》，獲得第二十七屆飛天獎最佳女演員的提名；10月26日，出席騰訊網星光大典，獲得內地電視劇女演員獎；同年，與陳柏霖合作主演愛情喜劇電影《戀愛前規則》，在片中飾演端莊溫柔的空姐冉靜；12月，受邀出席ELLE風尚大典，獲得年度風尚新晉演員獎。
2010年1月，與李光潔、李彩樺等合作主演勵志愛情劇《杜拉拉升職記》，在劇中飾演性格直爽樂觀，工作踏實的杜拉拉；2月14日，王珞丹參與錄制東方衛視春晚，并演唱歌曲《說愛你》；3月，參演話劇《琥珀》；6月10日，出席第十六屆上海電視節互聯網大眾票選活動，獲得最具號召力女演員獎；8月，與李光潔合作主演愛情劇《山楂樹之戀》，在劇中飾演漂亮的城里姑娘靜秋；8月22日，出席未來星歡樂盛典，獲得最最喜歡的女演員獎；同年，主演都市愛情電影《無人駕駛》；9月20日，出席第八屆金鷹電視藝術節，并擔任金鷹女神；10月20日，出席第一屆大學生電視節，獲得年度最受大學生喜愛的女演員獎；12月，與孫紅雷、黃磊等合作出演都市愛情劇《男人幫》，在劇中飾演化妝品公司的售貨員莫小閔。
2011年1月1日，王珞丹參與錄制東方衛視跨年演唱會，并演唱歌曲《小時候》；3月1日，出席華鼎獎的頒獎典禮，獲得華語電影新銳演員獎；3月18日，出席東方影視盛典，獲得電視劇年度最具突破價值女演員獎；6月，憑借電視劇《杜拉拉升職記》，獲得第十七屆上海電視節白玉蘭獎最佳女演員的提名；8月5日，與丁俊暉共同為《第五頻道》雜志拍攝內頁；10月，出演由陳凱歌執導的懸疑電影《搜索》，在片中飾演一直拼命工作的實習記者楊佳琪；11月，出席第十三屆金鳳凰獎的頒獎典禮，獲得最佳新人獎。
2012年，王珞丹參與錄制中央電視臺春節聯歡晚會，并與蔡國慶合唱 《常回家看看》；2月23日，與楊志剛、劉威等合作主演的軍旅劇《紅娘子》播出，在劇中飾演紅軍女戰士王小紅；3月31日，出席第二屆樂視影視盛典，獲得最具商業價值演員獎；；5月，與崔始源、袁弘等合作主演都市愛情劇《轉身說愛你》，在劇中飾演因車禍而重回22歲的李明玉；8月17日，與孫紅雷、張默等合作主演的犯罪情感電影《邊境風云》上映，在片中飾演幼時被毒販當人質搶走的小安。
2013年2月10日，與郭富城、梁家輝等合作出演的喜劇電影《越來越好之村晚》上映，在片中飾演性格反叛的女孩周一楠；3月，與鄧超、段奕宏等合作主演犯罪懸疑電影《烈日灼心》，在片中飾演警察伊谷春的妹妹伊谷夏；8月，與林峯領銜主演古裝宮廷劇《衛子夫》，在劇中飾演劉徹的第二任皇后衛子夫；9月，出席第二十九屆中國電影金雞獎的頒獎典禮，獲得最佳女配角獎；同年，與彭于晏、洪金寶等合作主演動作電影《黃飛鴻之英雄有夢》，在劇中飾演孤兒幫頭領阿春；11月8日，與張涵予、朱丹等合作主演的都市愛情電影《我愛的是你愛我》上映。
2014年6月，與彭于晏、竇驍等合作主演愛情電影《破風》，在片中飾演堅強、勇敢的自行車運動員黃詩瑤；7月24日，與馮紹峰、陳柏霖等合作主演的愛情喜劇電影《后會無期》上映。
2015年，主演由彭順執導的偵探電影《宅女偵探桂香》，在片中飾演天生具備超高邏輯思維能力和學習能力的桂香；4月，與黎明領銜主演懸疑愛情電影《消失愛人》；8月，主演由王小帥執導的劇情短片《玉米人》；9月，與劉燁、黃志忠等合作主演戰爭電影《我的戰爭》，在片中飾演性格爽朗的文工團隊長孟三夏；11月，出席第七屆澳門國際電影節，獲得最佳女主角獎。
2016年4月29日，出席第十九屆華鼎獎的頒獎典禮，獲得中國當代題材電視劇最佳女演員獎；10月，與張嘉譯、江珊等合作主演都市醫療劇《急診科醫生》，在劇中飾演急救醫學博士江曉琪；10月15日，出席第十三屆中國長春電影節，獲得最佳女配角獎；11月，出席第八屆澳門國際電影節，獲得最佳女主角獎。
2017年4月，王珞丹參與錄制了北京衛視明星跨界音樂節目《跨界歌王第二季》，并演唱了《直來直往》、《你把我灌醉》、《左邊》等歌曲。
2018年1月1日，出席2017安徽衛視國劇盛典，獲得年度影響力劇星獎；3月13日，受邀出席中國電視劇品質盛典，憑借電視劇《急診科醫生》獲得年度品質表現力劇星獎；9月，擔任短視頻節目《丹行道》的制片人；10月，與王傳君合作主演科幻電影《不老奇事》；12月，與黃渤、譚卓合作主演科幻類電影《被光抓走的人》開機。
2019年6月，與王一博、程瀟共同參與錄制滑板真人秀《極限青春》；10月9日，參加的明星旅行電影式慢綜藝《慢游全世界》播出。
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