2004年8月1日，王珞丹出演了电视剧《蝴蝶飞飞》中的麦乐乐一角。

2006年2月24日，王珞丹和周一围等主演的电视剧《阳光像花一样绽放》（原名《深牢大狱》）播出，她在剧中饰演单鹃；4月21日，出演了王学兵、李小冉合作主演的电视剧《可可西里》中的丁文静；7月2日，王珞丹出演了电视剧《母亲是条河》》。

2007年，王珞丹因出演赵宝刚导演的电视剧《奋斗》中的米莱而走红，被众多观众所喜爱；4月，拍摄了电影《车逝》；6月7日，出席第三届电视剧风云盛典；8月，以抗日战争为背景的电视剧《烽火孤儿》开机，王珞丹在剧中饰演日中混血儿杜薇；同年，出演了《中国女法官》中的左梅。

2007年至2008年，王珞丹出演了赵浚凯导演的电视剧《排球女将》。

2008年2月，王珞丹出演了电视剧《暗香》；22日，王珞丹参加了第15届大学生电影节新闻总汇；28日，再度参演赵宝刚的电视剧《我的青春谁做主》，在剧中饰演钱小样一角；5月，获得电影百合奖、入选金鹰奖最佳女演员提名；11月8日，参演的电影《车逝》上映。

2009年1月8日，王珞丹出席了“大爱2008·时尚盛典，获封“大爱之星”；2月28日，《超级访问》八周年庆典上，王珞丹朱雨辰牵手走红毯；4月，在“80后新生代娱乐大明星”评选活动中，与黄圣依、杨幂、刘亦菲被评为内地的新“四小花旦”；4月12日，参演的电视剧《我的青春谁做主》登陆央视一套黄金档，其做客新浪聊《我的青春谁做主》 ，被搜狐娱乐评选为先锋人物；4月30日，王珞丹首次上榜百度“十大美女风云榜”；5月7日，王珞丹领衔百合奖表演；6月23日，王珞丹获提名“飞天奖”；6月28日，王珞丹入选“中国十大新锐明星”；9月，王珞丹亮相飞天奖、获得新玉女挂冠。

2010年1月8日，《杜拉拉升职记》圆满杀青；1月28日，王珞丹参与演出了孟京辉导演的话剧《琥珀》；2月14日，王珞丹亮相东方卫视春晚录制，独唱《说爱你》；8月20日，开始拍摄电视剧版的《山楂树之恋》；12月30日，王珞丹参与了电视剧《男人帮》的拍摄，在剧中饰演莫小闵；同年，主演的电视剧《杜拉拉升职记》播出，取得了超高收视，与剧中男主角李光洁被网民誉为“国民情侣档”。

2011年1月1日，王珞丹出席了东方卫视跨年演唱会，首次演唱 《小时候》；10月18日，王珞丹出演了陈凯歌导演的电影《搜索》。

2012年，王珞丹登陆央视春晚，与蔡国庆合唱《常回家看看》，并携家人一起拜年；2月2日，电视剧《红娘子》开播，王珞丹在剧中饰演红军“王小红”。

2012年3月12日，电视剧《山楂树之恋》登陆江苏卫视，王珞丹在剧中饰演静秋；5月，王珞丹出演了电视剧《转身说爱你》中的李明玉；2月10日，电影《越来越好之村晚》上映，王珞丹在片中饰演周一楠；3月，拍摄了电影《不法之徒》，在片中饰演伊谷夏 ；8月24日《大汉贤后卫子夫》在横店杀青，王珞丹在剧中扮演皇后卫子夫；8月27日，参与拍摄了电影《黄飞鸿之英雄有梦》；11月8日，主演的爱情电影《我爱的是你爱我》上映。

2014年7月24日，王珞丹与冯绍峰、陈柏霖等主演的电影《后会无期》在中国上映，她在剧中饰演苏米；8月20日，与林峯、周丽淇、徐正曦等主演的电视剧《卫子夫》首播；11月21日，主演的电影《黄飞鸿之英雄有梦》在上映；同年，参与拍摄了电影《破风》，在片中饰演一位自行车运动员。

2016年1月，参演电影《消失的爱人》。10月，参演医疗行业剧《急诊科医生》。