2010年，段奕宏主演的警匪动作大片《西风烈》上映，该影片是国产警匪片的觉醒之作，虽然不是尽善尽美，但它就像一针强心剂，刺激着混沌中的中国电影，为其注入一股新鲜血液。
影片是"风字三部曲"的第二部，讲述了四位身怀绝技的西部警察，深入戈壁无人区千里辑凶的故事 。影片中段奕宏饰演"豹子"向西，他外形粗犷，像荒原上的一只病豹。始终把自己置于饥饿状态，慵懒的蜷伏在乱石荫中，但哪怕是一只蜥蜴的蠕动，都会突然惊起，迅即眼神变得锋利如剑。他天生善于等待和追逐，然后就是捕捉。冷静而机警，擅长跆拳道，擅长奔跑，飞檐走壁如覆平地。
2011年，段奕宏主演剧情电影《白鹿原》上映，该片筹备9年、拍摄3年，首播就获得观众的一致好评。在第62届柏林国际电影节获得最佳摄影银熊奖和金熊奖提名。获得第24届上海电视节白玉兰奖最佳电视剧，段奕宏在该片中精彩演出获得第13届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目男演员奖。
影片以“白家”和“鹿家”在白鹿原上的争斗为背景，主要表达北方农民生存状态中那种耐人寻味的原生态的东西。影片中段奕宏饰演黑娃，他一个经历大起大落的人物，充满个性又有很大的悲剧性。他一生当过长工，做过土匪，闹过革命，又投身军营，后又成为朱先生最后一名弟子。临近解放，率先发起起义之后，他却被自己最熟悉的白孝文处死。
2012年，段奕宏主演的都市爱情电影《我愿意 I Do》在全国上映，片中段奕宏一改往日硬汉形象，以儒雅绅士的面貌出现！
该影片以改编自陈彤的同名小说，片讲述了一位漂亮能*大龄女青年在旧情人回头追求和新认识的相亲对象殷勤对待之间，一点点做出选择的故事 。影片中段奕宏饰演王洋，是唐微微的前男友。为了所谓的梦想，他抛弃了唐微微远走他乡。7年后以海归精英的身份再次回到唐微微身边，希望能够追回唐微微，而此时唐微微身边出现了杨年华。
2013年由邓超、段奕宏、郭涛等主演的犯罪悬疑电影《烈日灼心》上映。这部电影影片在第18届上海国际电影节获得最佳导演奖，并且段奕宏、邓超、郭涛这三位同时获得了最佳男演员奖！
影片改编自女作家须一瓜的长篇小说《太阳黑子》，讲述了三个身份各异的结拜兄弟共同抚养一个孤女，看似风平浪静，实则暗流涌动，在巧合之下牵扯出一桩惊天大案。 影片中段奕宏饰演警察警察，他高智商，观察力极强，十分敏锐，对除恶扬善十分执着。与辛小丰一起出生入死、配合默契，联手破获诸多重大案件。
