2011年，迪丽热巴主演个人首部电视剧《阿娜尔罕》，饰演女主角“阿娜尔罕”，该剧于2013年5月7日在央视一套黄金档播出，维吾尔语、哈萨克语版同步在新疆电视台播出，该剧在央视播出获得同时段城市网收视率居首位的成绩，并入围第30届电视剧飞天奖优秀电视剧奖提名。
2014年7月，在古装仙侠剧《古剑奇谭》中精灵搞怪、萌萌可爱地亮相，饰演天墉城唯一的女弟子小师妹芙蕖；同月，都市网剧《微时代》播出，在剧中饰演娇纵的小公主吴安珀。
9月，参演湖南卫视定制周播剧《美人制造》；10月，参演古装历史言情剧《风中奇缘》，剧中迪丽热巴再次展示擅长的民族舞蹈，饰演异域美女骊姬与剧中女主角莘月斗舞；12月12日，荣获中国时尚权力榜年度演艺圈新锐势力奖。
2015年2月，主演校园魔幻网络剧《逆光之恋》，出演女主角富家女江离。
7月22日，迪丽热巴参演都市爱情电视剧《克拉恋人》在浙江卫视、安徽卫视播出，迪丽热巴在剧中饰演外表看似高冷有范儿，而内心单纯善良，鬼马精灵的超级明星高雯，凭借对“高雯”的成功塑造赢得了观众的更多关注，并凭借该角色获得2015年国剧盛典获得观众喜爱新人女演员奖。
10月18日，确定主演爆笑喜剧电影《傲娇与偏见》，饰演女主角唐楠楠；12月，参演由杨幂、李易峰主演的电影《怦然星动》，在影片中她再次饰演一位耀眼的明星郝美丽；同月18日，主演电影《21克拉》
