2004年10月，出演作家海巖的監獄題材劇《深牢大獄》，飾男一號劉川。
2005年11月，周一圍參演全景式反映滇西抗戰劇《滇西往事》，飾英勇無畏的碟報人員章子雄。
2006年6月，在趙薇主演的情感劇《謝謝你曾經愛過我》中飾侯志杰；周一圍在都市愛情動作片《真情無限之繼母》中的李大宇。
2007年1月22日，在北京保利劇院落幕的“2006娛樂大典”上，周一圍獲得了“電視劇年度最佳新人獎” ；5月，與楊若兮、修宗迪領銜主演國內第一部全面反映樓市商戰的《樓王之謎》，飾演具有雙重性格的復仇者童瞳；9月，周一圍在描寫上個世紀80年代那一段青蔥歲月的懷舊故事《空巷子》中飾熱忱自信的陳大明。
2009年3月，在歐陽震華主演的古裝神話劇《天師鐘馗》中飾潘文杰；4月，與田中裕子、殷桃聯袂主演清宮戲《蒼穹之昴》，周一圍在劇中飾演梁文秀；同年，主演人物歷史劇《孔子春秋》，飾孔子的徒弟子貢。
2010年7月，與林心如、李依曉共同參演都市情感劇《獨家披露》，飾祝五一；8月，出演建黨90周年獻禮影片《建黨偉業》，飾愛新覺羅.載灃 ；9月，參與穆德遠執導的紅色獻禮劇《中國1921》的拍攝，飾邵飄萍；11月，周一圍在建黨九十周年獻禮影片《湘江北去》中出演學者胡適；同年，周一圍主演公益電影《盲人電影院》，扮演了剛畢業的大學生陳語。
2011年2月，參演林心如工作室出品的古裝宮廷戲《傾世皇妃》，周一圍飾演柴榮王子；5月，搭檔楊若兮、楊童舒聯袂主演兵團情感戲《像兄妹一樣手拉手》，飾演宣傳干事賈正軍；6月，參演了辛亥革命一百周年獻禮影片《國父孫中山》，在該片中挑戰“革命反派”陳炯明；10月，拍攝了由劉偉強導演、陳可辛監制的武俠電影《血滴子》，飾殺手布喀；11月，客串都市勵志劇《囧人的幸福生活》，周一圍飾文杰；12月，拍攝以民國時期棗莊煤礦為基本背景的歷史劇《獨有英雄》，塑造了從角兒向實業救國的企業家蛻變的馬玉郎。
2012年4月，在黃力加執導的都市家庭劇《妯娌的三國時代》中飾戴寧；8月，出演了譚朗昌執導的都市情感劇《戀愛的那點事兒》，塑造了溫暖癡情不吝付出的“螢火男”竇楠一角；11月，參與由周渝民、劉詩詩共同主演的愛情電影《回到愛開始的地方》，在片中塑造了高富帥好男人程志遠；與馬蘇共同主演年代懸疑電視劇《烈焰》，飾演刑濤桀驁不馴、做事果斷的邢濤。
2013年2月，主演了李云亮執導的改編自網絡軍事作品的《遍地狼煙》，周一圍飾中衫正；6月，在路陽執導的浪漫武俠電影《繡春刀》，周一圍飾丁修；同年，與張鐸、朱丹、黃小蕾共同出演內地首部律政作品《金牌律師》，周一圍飾演的“痞子律師”蘇東。在電視劇《紅色》中飾演小巡捕“鐵林”。
2014年5月，搭檔苗圃，拍攝了都市輕喜劇《香火》，扮演婦產科醫生金麒麟；9月，主演由余丁執導的大型情感劇《兩個女人的戰爭》，飾演男主角齊偉。
2015年1月，主演傅東育執導的歷史傳奇劇《少林問道》，飾演總督之子程聞道。
2016年，參演由曹盾執導的東方魔幻史詩巨制《九州·海上牧云記》，飾演碩風和葉。
2016年12月，參演的電影《你好，瘋子》和電影《少年》上映。
2017年6月16日，其主演的影片《我不是藥神》舉行關機發布會；7月，拍攝根據付遙同名小說改編的國內首部互聯網創業題材電視劇《創業時代》，飾演另一位創業者羅維，18日，拍攝原創文化探秘節目《七十二層奇樓》。2017年參演電影《鮫珠傳》，飾演郡王；同年參演電影《建軍大業》，飾演南昌守備團團長陳峰；2017年10月，參加浙江衛視《演員的誕生》，摘得年度總冠軍。2017年11月11日，由周一圍等人主演的馬伯庸小說改編電視劇《長安十二時辰》在象山影視城宣布開機。
2018年5月，由周一圍監制的短片《媽媽都是膽小鬼》上映；19日，參加《快樂大本營》節目錄制。
2018年9月，受邀參加2018年中央廣播電視總臺中秋晚會。同年，作為故宮文創新品開發員參加北京衛視文化創新類真人秀節目《上新了·故宮》。
2019年2月4日，2019年中央廣播電視總臺春節聯歡晚會，周一圍與閆妮、吳海龍、張維威、沈月、李棟
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