2010年4月窦骁被导演张艺谋选中参演爱情电影《山楂树之恋》，该片入围了柏林电影节水晶熊和金像奖亚洲电影，并获得华表奖优秀故事片奖,窦骁担任男主角老三并凭借该片提名第十四届华表奖优秀境外男演员奖。 2011年2月2日窦骁参加兔年中央电视台春节联欢晚会；6月27日由窦骁、董洁等主演的电影《秋之白华》上映，窦骁担任男一号瞿秋白并凭借该片入围中国电影导演协会最佳男演员奖；11月份窦骁客串的电影《金陵十三钗》上映；12月窦骁主演的爱情电影《倾城之泪》和时尚动作电影《赛车传奇》上映，窦骁分别担任男主角陈升和男一号叶浩城；同年获得百度娱乐沸点最佳新晋男演员奖。 2012年3月由窦骁、任达华、张家辉、文咏珊等主演动作惊悚电影《大追捕》上映，窦骁饰演王远阳；9月窦骁联合章子怡、张柏芝、张东健等主演的爱情文艺电影《危险关系》上映，窦骁担任男二号戴文舟；10月窦骁、陈妍希领衔主演的电影《城市游戏》在韩国首尔正式开机 2013年6月参演根据姜戎小说改编的同名电影《狼图腾》 ，该片于2015年2月上映。2014年与宋慧乔合作参演伊能静处女座电影《我是女王》 。7月与彭于晏、崔始源、王珞丹合作参演由林超贤执导的热血青春励志爱情电影《破风》，该片于2015年8月7日上映。2015年作为主演参与电影《新步步惊心》的拍摄，饰演十四爷胤禵，该片于2015年8月7日上映。此外，又擦参与拍摄电影《终极胜利》、《六人晚餐》和《一切都好》，以及电影短片《Log Out》。《终极胜利》由香港导演冼杞然执导的国际史诗电影，窦骁与好莱坞影星约瑟夫-费因斯主演。《一切都好》是导演张猛继《钢的琴》后又一力作，由张国立、姚晨等主演，该片于2016年1月15日上映 。9月窦骁加盟湖南卫视大型户外真人秀《全员加速中》；同年，窦骁参与主演东方魔幻史诗巨制《九州·海上牧云记》，出演穆如世家三公子穆如寒江 。2016年5月，与赵丽颖、林更新共同主演《特工皇妃楚乔传》，饰演西凉世子燕洵 。