2012年3月，古装清宫剧《甄嬛传》在安徽卫视和东方卫视上星播出，李东学饰演“果郡王”，迎来了事业上的首个高峰，凭借在热播剧《甄嬛传》中的表现，荣获“2012国剧盛典年度最佳新人”大奖。同年，李东学接拍了电影《许海峰的枪》，出演男一号许海峰，凭借《许海峰的枪》获得第14届中国电影表演艺术学会奖（金凤凰奖）“新人奖”。
2013年，李东学与杨幂领衔主演民国剧《刁蛮新娘》，饰演了有情义、有担当的男主角“戴问天”一角。同时，由他主演的改编自严歌苓同名小说的年代传奇大戏《第九个寡妇》也在各大卫视播出，他在剧中饰演男主角“孙少勇”。 同年7月，他与熊乃瑾合作，“零片酬”出演公益微电影《降落》，并和熊乃瑾一起献唱微电影同名主题曲《降落》。
2014年，李东学共有两部电视剧、一部电影播映。他与李念合作主演都市电视剧《纸婚》，主要讲述一对80后小夫妻在婚后一年的生活摩擦及两个家庭间的相处，李东学在剧中饰演了男主角管桐，一名性格内敛严谨的公务员。
该剧将于2014年5月在央视8套播出，取得50城收视第一成绩；与殷桃合作了被称作中国版《我叫金三顺》的都市剧《假如幸福来临》，饰演男一号罗成，上演了一出“高富帅”遇上“大龄剩女”的欢喜情缘与张震、王千源、刘诗诗合作的武侠电影《绣春刀》里，他饰演单纯率性的“靳一川”。
该片2014年8月上映时。 随后，在第二届中澳国际电影节，李东学也凭该角色斩获“最佳男配角”。同年，他凭借2012年接拍的电影《许海峰的枪》获得英国颁发的雅典娜艺术奖——最佳男主角。
2015年，3月5日合家欢贺岁影片《大喜临门》上映。5月，李东学主演的小清新悬疑虐恋《抓住彩虹的男人》热播。参演电影《中国推销员》。参演的民国悬疑大戏《面具背后》有望2016年首播。 2016年，参演战争动作片《钢刀》。
