该剧在播出期间一直稳居全国同时段收视率冠军的位置，同时也获得了近3亿次的网络播放量，刘诗诗个人则凭借该剧获得第18届上海电视节白玉兰奖互联网观众票选最具人气女演员、华鼎奖最受媒体欢迎女演员、第6届腾讯星光大典内地年度女演员以及第2届中国大学生电视节最受喜爱电视剧女演员等多个奖项 。
2012年，刘诗诗尝试多方面发展，将重心转向了大银幕；3月31日，由她参演的励志电影《下一个奇迹》上映，而其则在片中饰演了单纯而又美丽的女孩李佳怡，这是她的首部大荧幕作品 ；7月，刘诗诗主演的古装玄幻仙侠剧《轩辕剑之天之痕》在湖南卫视首播，她在剧中饰演了活泼聪明、重情重义的北方挞拔族二公主挞拔玉儿。
该剧播出后则以平均收视率百分之1.617，市场份额百分之7.16的成绩取得全国同时段电视剧收视第一，截止8月31日数据统计，此剧网络播放量突破20亿，成为史上第9部网络点击播放总量超过20亿的电视剧，而刘诗诗则凭借该剧获得国剧盛典年度最具人气女演员奖 ；9月14日，其主演的爱情电影《伤心童话》全国公映，她则在片中饰演性格温和、喜爱文字的都市白领杨佳 ；同年，她还担任第九届金鹰电视艺术节的金鹰女神，成为金鹰节历史上的第四位金鹰女神 。
2013年1月21日，在《南都娱乐周刊》举办的新生代四小花旦的评选活动中与其她三位女演员共同当选为新“四小花旦”，而她在评选中则获得了70分的最高综合分；随后，她在福布斯中国名人榜中从前一年的第99位升至第57位 。
6月21日，与文章、李连杰合作主演的动作喜剧片《不二神探》全国公映，其在片中饰演了善良努力、对艺术心怀梦想的女演员刘金水；而该片上映三天票房便破亿，总票房则达到了近3亿人民币的成绩 ；7月4日，与黄晓明、吴秀波、林心如合作出演了古装传奇剧《精忠岳飞》，并在剧中饰演了楚楚动人、温婉娴静的高宠之妻杨氏 ；8月23日，其主演的文艺电影《回到爱开始的地方》在大陆上映，她在片中饰演了旅游杂志编辑纪雅清 。
2014年4月22日，继续主演步步惊心系列《步步惊情》，而她则在剧中一人分饰两角，分别饰演了平面设计师张晓和骄傲成熟、妩媚的模特儿蓝兰；而该剧播出后则以平均收视率百分之1.1899，市场份额百分之3.356的成绩取得全国同时段电视剧收视第一 。
随后，刘诗诗在福布斯中国名人榜中继续保持上升，排名第25位 ；6月4日，其主演的古装励志喜剧《犀利仁师》上星播出，她在剧中饰演了女汉子路云霏；8月7日，与张震合作主演的浪漫武侠电影《绣春刀》于中国内地上映，她在片中饰演了出淤泥而不染的教坊司姑娘周妙彤；而该片首映当天便取得了850万的票房 ；10月1日，其主演的古装剧《风中奇缘》首播，其在剧中饰演了洒脱不羁、敢爱敢恨的大漠狼女莘月。
10月2日，由刘诗诗领衔主演的悬疑推理爱情电影《深夜前的五分钟》于釜山国际电影节全球首映，她在片中再次一人分饰两角，分别饰演了神秘忧郁的专栏作家若蓝和活泼开朗的大明星如枚；同时，她还凭借该片提名第6届澳门国际电影节最佳女主角，该片于2014年10月23日在中国大陆全面上映，12月27日在日本首映 。
2015年5月，刘诗诗在福布斯中国名人榜中排名第30位 。2016年2月13日，由其领衔主演的古装传奇励志剧《女医·明妃传》首播，刘诗诗在剧中饰演了坚持用精湛的医术悬壶济世的一代知名女国医谭允贤，该剧播出后则以平均收视率百分之2.007，市场份额百分之5.118的成绩取得全国同时段电视剧收视第一，而她则凭借该剧获得首届中国电视剧品质盛典年度最具影响力演员 。
5月10日，都市青春励志剧《那年青春我们正好》首播，刘诗诗在剧中饰演温婉秀丽的校园女学霸刘婷 ；11月18日，获得百度娱乐年度人物奖 ；12月底，刘诗诗与唐人合约到期，并宣布不再续约 。
2017年2月27日，刘诗诗凭借多部作品获得第2届中国电视剧品质盛典年度影响力剧星 ；3月3日，其主演的公安反特电视剧《黎明决战》首播，她在剧中饰演女特工宋红菱 ；5月22日，由她主演的现代都市爱情剧《天使的幸福》首播，在剧中饰演了美丽乐观、独立坚强的单亲妈妈李晓涵 。
7月13日，其领衔主演的古装奇幻权谋剧《醉玲珑》在东方卫视周播剧场播出，她在剧中饰演巫族圣巫女凤卿尘 ；而刘诗诗凭借多部作品在这一年的福布斯中国名人榜中排名则跃居到了第19位 ；12月22日，她与邓超、阮经天合作出演的犯罪悬疑片《心理罪之城市之光》上映，在片中饰演擅长追踪蛛丝马迹、剖析案情的痕迹学专家米楠，同时她还首次为电影献唱片尾主题曲《何者般若》 。
2019年4月9日，刘诗诗主演的现代都市情感剧《如果可以这样爱》在湖南卫视播出 ，她在剧中饰演敢爱敢恨、离经叛道的电台主持人白考儿 。
2020年9月7日，主演的都市情感励志剧《亲爱的自己》在湖南卫视播出，刘诗诗则在剧中饰演了一个非常有自我意识的当代独立女性职场精英李思雨 ；12月28日，主演的年代情感剧《流金岁月》播出，她在剧中饰演了坚韧勇敢的蒋南孙 。
2021年6月28日，参加《伟大征程》庆祝中国共产党成立100周年文艺演出，与王雷、黄渤、闫妮、苏青等合作表演《小康之歌》 ；7月1日，参演的历史剧情电影《1921》全国上映，其在片中饰演宋庆龄 ；9月21日，在中央广播电视总台中秋晚会上演唱歌曲《但愿人长久》 。
2023年，主演的古装剧《狐妖小红娘竹业篇》官宣，其在剧中饰演温婉清丽的东方淮竹 ；10月，参加的新浪娱乐《最美表演》十周年上线播出 ；11月28日，主演的古装传奇公路剧《一念关山》播出，其在剧中一人分饰两角，分别饰演行走江湖快意恩仇的女侠任如意和朱衣卫最负盛名的冷血女杀手任辛 。
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