2010年黄轩出演电影《激浪青春》饰演赵家丰，并客串电影《建党伟业》；同年主演《黎明前的暗战》和《你是我的幸福》两部电视剧。
2011年黄轩主演电视剧《铁血男儿》扮演孙越泽，这是黄轩首次饰演反派角色；7月份主演的电影《青魇》上映，该片入围36届莫斯科电影节非竞赛单元。
2013年担任加拿大安大略旅游推广大使。 同年主演电影《推拿》和电视剧《女人帮》等，其主演电影《推拿》荣获柏林电影节“最佳艺术贡献奖银熊奖”。黄轩也凭借“小马”一角，获第64届柏林电影节最佳男主角提名。
2014年由黄轩、周迅主演，郑晓龙执导，莫言原著的民国大剧《红高粱》，黄轩凭借九儿初恋“张俊杰”一角，获封“国民初恋”； 10月黄轩与汤唯、冯绍峰等主演的电影《黄金时代》及崔健执导，北野武监制的电影《蓝色骨头》陆续上映。
2015年黄轩受邀参加湖南卫视的原创动物真人秀节目《奇妙的朋友》。节目中升级成为猩猩奶爸，与小动物温馨互动，获得超高人气。同年的主演爱情电影《恋爱中的城市》上映。
11月由黄轩、孙俪主演，郑晓龙执导的历史传奇剧《芈月传》正式播出，黄轩凭借芈月初恋“黄歇”一角大热荧屏。
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