2009年，赵又廷参与演出了个人第一部电视剧作品《痞子英雄》，他在这部剧中扮演搏击高手吴英雄，并为该剧献唱了主题曲《无赖正义》。同时，凭借在该片中的表现赵又廷入围了第16届上海电视节白玉兰奖最佳男演员，并在第44届台湾电视金钟奖颁奖礼夺得最佳男主角奖。

　　2010年2月5号，赵又廷在钮承泽执导的青春动作片《艋舺》中扮演性格孤僻自卑的周以文，并凭借该片获得第5届亚洲影片大奖最佳新演员奖。该片上映后票房突破2亿，取得了台湾本土影片年度票房第一的票房成绩。

　　2012年2月13号，赵又廷主演的爱情片《LOVE》上映，在这部片中扮演沉着理智的马克，该片取得1.25亿元的票房成绩；6月8号，爱情片《第一次》上映，在这部片中扮演摇滚歌手宫宁，并演唱影片插曲《哭得像小孩》；6月19号，赵又廷出演的动作片《痞子英雄之全面开战》上映，赵又廷在这部片中扮演嫉恶如仇的吴英雄；7月6号，由陈凯歌执导的剧情片《搜索》上映，赵又廷在这部片中扮演失业且负债累累的打工仔杨守诚，并凭借该角色获得第15届中国影片华表奖优秀境外华裔男演员奖。

　　2013年4月26号，由赵薇执导的青春爱情片《致大家终将逝去的青春》上映，赵又廷在这部片中扮演出身贫寒、外表冷淡的陈孝正。该片上映后首映日票房达到4650万，上映三天以5200万元的成绩打破单日华语片票房纪录。而赵又廷个人则凭借该片提名第8届亚洲影片大奖最佳男配角；9月28号，赵又廷与冯绍峰、林更新合作主演的动作片《狄仁杰之神都龙王》上映，片中扮演桨去迁男主角狄仁杰。

　　2014年10月1号，赵又廷与林更新、黄渤合作主演的灾难动作片《痞子英雄：黎明升起》上映，他在这部片中扮演身手了得、但个性善良易冲动的警察吴英雄，并凭借该角色获得第16届华鼎奖最佳男主角奖。

　　2015年9月30号，赵又廷和姚晨合作主演的奇幻冒险片《九层妖塔》上映，赵又廷在这部片中扮演摸金校尉胡八一；11月18号，赵又廷搭档倪妮主演的奇幻动作片《勇士之门》上映，赵又廷在这部片中扮演一个身怀绝技的忠诚武士。

　　2017年1月30号，根据同名小说改编的古装玄幻剧《三生三世十里桃花》首播，这是赵又廷第一部内地电视剧作品，他在这部剧中一人分饰两角，扮演了九重天太子夜华和上古战神墨渊，凭借该剧中的表现赵又廷获得了中国电视剧品质盛典“年度突出表演剧星”；6月12号，赵又廷在播出的都市情感剧《深夜食堂》中客串参与演出了一名听障人士马克。

　　2018年2月2号，赵又廷和杨子珊合作主演的爱情片《南极之恋》上映，该片改编自导演吴有音的同名小说，赵又廷在这部片中扮演婚庆企业的老板吴富春；5月4号，赵又廷的蜡像揭幕仪式在上海杜莎夫人蜡像馆举行；7月27号，由徐克执导的古装动作片《狄仁杰之四大天王》上映，赵又廷在这部片中扮演狄仁杰；这年，赵又廷确定参与演出都市职场剧《平凡的荣耀》，并在这部剧中扮演投资企业的经理吴恪之。

　　2019年，赵又廷出演由郭敬明执导的古装玄幻片《晴雅集》，在这部片中扮演善恶分明、有勇有谋的晴明。

　　2021年8月12号，和孙俪合作主演的都市职场剧《理想之城》播出，在这部剧中扮演成熟稳重的经济师夏明；10月15号，赵又廷与娄烨合作的谍战剧情影片《兰心大剧院》上映，他在这部片中扮演话剧导演谭呐。

　　2022年3月4号，赵又廷参加的暖情互动挑战类棚内综艺节目《王牌对王牌第七季》播出；这年，搭档毛晓彤主演都市医疗话题剧《赤子之心》，在这部剧中扮演东立医院心内科副主任医师周筱风。