2010年，中戏大三的郭冬冬签约北京大汗天下传媒公司。同年3月，他以“中戏校草“的身份和北京电影学院的杨幂、上海戏剧学院的蒋劲夫一块被邀请录制湖南卫视综艺节目《快乐大本营》，这是他的荧屏首次亮相，也是踏入演艺圈的开始 ；4月，接拍个人首部电视剧《摩登新人类》，在剧中饰演恃才傲物，性情古怪的音乐才子秦天 ；随后，又担任张靓颖歌曲《I DO》MV男主角 。2011年2月，参与录制北京台春节特别节目《北京客》。同年，出演电视剧版《天下无贼》，在剧中饰演“侠盗”浩哥的儿子。在荧幕初露锋芒之后，郭冬冬决定回学校继续修完表演课程 。2013年，出演古装武侠剧《笑傲江湖》，饰演日月神教江湖隐棋之一的孤桐 。随后，又接拍了都市情感剧《蔷薇的战争》。 2014年2月，主演古装励志爱情剧《错点鸳鸯》，饰演执着专情的石家三少爷石无介 。同年，与柯蓝搭档演出根据茅盾文学奖作品《天行者》改编的革命题材剧《我们光荣的日子》开机，他则在剧中饰演忠于职守的山村老师余兴荣 。2016年4月，与林更新合作主演的古装传奇剧《武神赵子龙》播出，他在剧中与赵子龙饰演一对患难与共的兄弟，共同经历重重磨难 。同年，与张钧甯、刘欢联袂主演民国传奇女性戏《女管家》，饰演肖若云 。