2004年，郭晓峰前往北京电影学院导演班进修学习 。2006年执导并主演电影《儿子同志》饰夏团长，该影片入围第10届上海国际电影节“电影频道传媒大奖”和第12届中国电影华表奖“优秀少儿童牛影片奖” 。2007年主演电影《寂静的哨所》饰姜树威，该影片入围第九届长春电影节“最佳影片奖” ；同年参演电影《此生此爱》，该影片入围第11届上海国际电影节“电影频道传媒大奖” 。2008年，出演管虎导演执导的战争题材电视剧《沂蒙》，饰八路军首长“陈同”一角；同年主演电影《长城脚下是我家》饰张贺山 。2009年，搭档秦岚等主演谍战剧《红色电波》饰演信仰坚定的地下党领导人“黄哲”一角 。2010年，联手弟弟郭晓冬等主演谍战年代题材电视剧《我是真的》，饰中年桑义州 。2011年，参演刑侦涉案题材电视剧《国门英雄》饰方虎 。2012年，主演电影《渡江！渡江！》，饰演解放军指导员“赵长河” 。该影片入围第21届中国金鸡百花电影节最佳影片奖 。2013年，主演涉案题材电视剧《点金者》在北京电视台影视频道英雄剧场播出，郭晓峰在剧中饰演刑警队长”武峰“一角；同年主演的历史剧《大清盐商》在央视八套作为开年大戏播出，郭晓峰在剧中饰演何思圣 。由于《大清盐商》和《点金者》这两部戏是同时拍摄的，因此郭晓峰每天背台词都要背到凌晨三四点钟 。2014年，参演励志传奇电视剧《镖门》饰张端和 。2015年8月31日，民国谍战剧《伪装者》定档湖南卫视金鹰独播剧场，郭晓峰首次与胡歌、靳东等演员合作，在剧中饰演“黎叔”一角 。该剧获得“2015国剧盛典年度十大影响力电视剧” ；同年，主演网络电影《弥天之谎》，在戏中扮演男一号刑警队长“杜闻”一角 ；12月，参演古装奇幻喜剧《大仙衙门》，在剧中饰演一位正直善良的宫廷御医王太常；12月12日，主演电影《左耳神探之诡来电》饰演左耳神探夜文涛，并担任监制 。2016年6月，参演近代革命剧《红旗漫卷西风》，在剧中饰演心狠手辣、老谋深算的反动派军官李耀川 。