2016年6月27日，校園熱血魔幻偶像劇《終極一班4》在GTV八大綜合臺播出，趙志偉飾演小蘋果國際高校的學生顧執，高傲固執中帶有一點幼稚；而該劇是趙志偉個人首部電視劇。7月19日，可米經紀公司宣布趙志偉正式加入男子團體SpeXial，成為第四期成員。8月12日，隨SpeXial發布專輯《Boyz On Fire》。8月14日，主演的古裝偶像劇《刺客列傳》在搜狐視頻上線，趙志偉所飾演的公孫鈐是天璇國沒落世家的子弟，因丞相提攜、陵光賞識，一步一步走到了副相之位。之后，以旁聽生隊長的身份參與錄制了湖南衛視聯手上海戲劇學院出品的原創校園紀實節目《一年級·畢業季》，還為該節目與隊友及導師獻唱主題曲《星辰》。
2017年，在青春偶像劇《最親愛的你》中飾演高霖。4月17日，古裝玄幻劇《擇天記》在湖南衛視播出，在劇中趙志偉飾演天道院弟子霍光。10月17日，根據同名漫畫改編的青春勵志網絡劇《蔚藍50米》在騰訊視頻上線，在劇中趙志偉飾演游泳職業生涯備受坎坷的張若晨。12月，正式簽入華策影視，退出男子團體SpeXial。12月25日，根據張皓宸同名小說改編的舞臺劇《我與世界只差一個你》在上海美琪大戲院首演，趙志偉飾演“混世小魔王”楊燚一角，而這是趙志偉個人首部話劇作品。
2018年7月13日，與虞書欣搭檔出演的青春校園情感劇《最親愛的你》在優酷視頻上線，趙志偉所飾演的高霖一角，是一個痞帥有型的校草級男神，與陳晨晨演繹了一段“不成熟的戀愛”；8月8日，發行單曲《永遠不遠》；8月10日，參演的喜劇電影《愛情公寓》在全國公映，在片中趙志偉飾演張起靈。
2019年4月29日，主演的都市青春情感劇《我只喜歡你》在騰訊視頻、優酷視頻播出，趙志偉在劇中飾演學霸趙觀潮。7月，與孫藝寧搭檔主演都市言情劇《你聽起來很甜》，趙志偉飾演的顧辰羽是個被隱藏身份的配音圈內大神。8月21日，與宋妍霏合作主演的都市青春言情劇《走進你的記憶》在騰訊視頻播出，趙志偉在劇中飾演莫名喪失一年記憶的上司龍皓謙。9月，主演都市勵志言情劇《酒店實習生》，趙志偉飾演謝梵羽，是個性格很高傲的霸總，為人苛刻，但是岳然的出現融化了他心中的堅冰。10月4日，參與錄制的國慶特別節目《我愛你中國》在中央電視臺音樂頻道播出，并在節目中與胡耘豪、蘇青、王媛可合唱《我們都是追夢人》。
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