2004年11月24日，与堀北真希、小池彻平等主演电视迷你剧集《放课后》在日本首播。2005年4月1日，出演了木村拓哉主演的日剧《极速引擎》 。10月15日，参与拍摄的电视剧《野猪大改造》在日本首播 。 2006年4月15日，主演的电视剧《辣妹掌门人》在日本首播 。同年6月上映的电影《死亡笔记》首次演出，饰演角色弥海砂 。10月4日，与龟梨和也、绫濑遥联合出演的纯爱日剧《唯爱》在日本播出 。11月17日，在出售的PlayStation3游戏《源氏：神威奏乱》中，首次担任配音工作。2007年2月26日，与石原里美、加藤罗莎、香里奈等主演的电视迷你剧集《折翼的天使2》在日本首播。3月，电影《海胆煎饼》上映，户田惠梨香首次担任主演。4月14日，与松田翔太、吉濑美智子、渡边一计等主演的电视剧《欺诈游戏》在日本首播 ，在剧中饰演一名诚实善良的女大学生神崎直。同年，与台湾演员周渝民合作拍摄电影《斗茶-tea fight-》 。2008年，出演电视剧《流星之绊》，该剧在第59届日剧学院赏中包揽了最佳作品，最佳男主、最佳女配、最佳导演、最佳编剧以及主题曲6个奖项，成为当之无愧的大赢家 。7月3日，与山下智久、新垣结衣等主演的电视剧《Code Blue》在日本首播 ，在剧中饰演的角色绯山美帆子从医大毕业后，经过两年的Super Rotation研修（就是一连串在医院不同部门巡回当值的艰苦研修），为了成为“直升机医生”来到翔北救命中心。11月14日，参加了“赤坂Sacas”圣诞节灯饰的点灯仪式。12月，上新堂本兄弟时分别和KinKi Kids的两人对战，展露其实力。2009年1月10日，主演的电视迷你剧集《code blue 特别篇》在日本首播。1月19日，于电台节目《SCHOOL OF LOCK！》里，宣布于节目毕业的消息。3月14日，与加藤和树、若叶龙也、木村绿子等主演的电影《恋极星》在日本上映，饰演柏木菜月 。4月16日，与天海佑希、竹野内丰、沟端淳平等主演的电视剧《BOSS》在日本首播 。5月1日，参与拍摄的电影《侠盗石川》在日本上映，在剧中饰演夕雾太夫 。7月18日，主演的电影《阿马尔菲：女神的报酬》在日本上映 。10月24日，参与拍摄的电影《 不沉的太阳》在日本上映 。11月3日，主演的电视剧《欺诈游戏2》在日本首播 。11月7日，主演的电影《星降大洗城》在日本上映 。2010年1月11日，与山下智久、新垣结衣、椎名桔平等主演的电视剧《急救飞机紧急抢救2》在日本首播 。3月6日，与松田翔太、田边诚一、关惠美等主演的电影《诈欺游戏：终极之战》在日本上映 ，在剧中扮演的神崎直是个不知道怀疑他人的纯真女孩，在故事中经常被骗。10月，TBS电视台播出了《SPEC》 ，其独特的题材和紧张的节奏使得这部讲述“超能力犯罪”的日剧成为大家关注的焦点。陆续推出的SP《SPEC～翔～》 和电影《剧场版SPEC～天～》，也掀起了一阵热潮 。2011年1月17日，与三浦春马等主演的电视剧《你教会了我什么最重要》在日本首播，在剧中饰演修二未婚妻、英语老师上村夏实 。4月14日，与天海佑希、竹野内丰、玉山铁二等主演的电视剧《BOSS2》在日本首播，警视厅搜查一课特别对策室刑警木元真实，从警视厅科学研究所调入 。4月29日，与中谷美纪、芦田爱菜等主演的电影《阪急电车》在日本上映 。6月25日，参与拍摄的电影《安达卢西亚：女神的报复》在日本上映 。10月1日，与市原隼人、竹山隆范等主演的电影《狗与警察》在日本上映 。2012年4月1日，主演的SP《SPEC～翔》在日本上映，是《SPEC》日剧版的延续。故事分两部分，头一半解释了主角当麻纱绫（户田惠梨香）的SPEC，几近完美地解释了日剧版的最大谜团，能和之前的剧情配合，让观众觉得有说服力 。4月7日，主演的SP《SPEC：天》在日本上映 。4月16日，搭档大野智联合出演的悬疑日剧《上锁的房间》在日本播出 。2013年7月8日，与山下智久、香里奈、长泽雅美等主演的电视剧 《SUMMER NUDE》在日本首播，饰演朝日的学妹，富家女，暗恋朝日多年 。9月17日，与中谷美纪、松下奈绪、筒井道隆等主演的电视电影《花之锁》在日本首播，在剧中饰演女大学生纱月，是登山部的古风女生 。10月23日，主演的电视电影《SPEC：零》在日本首播。11月，主演的电影《剧场版SPEC～结～》分为前后篇先后在日本上映，揭示了日剧《SPEC》系列的全篇完结 。12月29日，参演的喜剧电影《大空港2013》在日本上映 。2014年1月3日，与大野智、佐藤浩市等主演的SP《上锁的房间SP》在日本上映 ；同年与生田斗真首次共演电影《预告犯》，女主角户田惠梨香在本片中饰演追查生田的精英女警，与之展开终极头脑战 。2015年4月1日，搭档松坂桃李主演的电影《愚人节》在日本上映，饰演有对人恐惧症的孕妇 。5月，与大泉洋、满岛光合演的古装电影《投靠女与出走男》在日本上映 。6月7日，出演东山纪之主演的日剧《预告犯-THE PAIN-》，讲述生田斗真主演的电影《预告犯》一年后发生的故事，出演电影的户田惠梨香在剧中继续饰演刑警吉野绘里香 。7月，与堤真一合作日剧《危机之神》，饰演头脑聪明性格强势的主人公的下属薰 。2016年，参演WOWOW新剧《为这条街的生命》 。出演人气漫画改编的新篇电影《死亡笔记2016》,饰演10年前自己银幕出道的同一角色弥海砂 。出演松田龙平主演的新片《我的叔叔》 。10月13日，主演的电视剧《时间巡逻女职员》播出。 2017年4月29日，出演由木村拓哉主演的电影《无限之住人》将在日本上映 。