1、2001年底，主演海潤影視籌拍的現代劇《玉觀音》。
2、2004年，主演愛情電視劇《一米陽光》，在劇中飾演女律師伊川夏；随後，在年代劇《紅粉世家》中飾演歌女李桃枝；同年，還與劉烨合作主演《血色浪漫》，飾演純情的周曉白一角。
3、2005年，在曆史情感劇《風雨西關》中飾演天真活潑、無限美好的大家小姐謝天慧；随後，主演電視劇《幸福像花兒一樣》，飾演單純善良的舞蹈演員杜鵑，并為該劇獻唱片尾曲《愛如空氣》。
4、2006年，在軍旅題材電視劇《天和局》中飾演忠厚善良的傳統女性；同時，孫俪還尋求影壇方面的發展，與李連傑合作動作片《霍元甲》，并憑此片獲第28屆大衆電影百花獎“最佳新人獎” 。
5、2007年，與黃曉明合作主演《新上海灘》，飾演集誠實、堅強、愛心、智慧、勇氣與氣質于一身的馮程程 ；随後出演電視劇《一世情緣》，飾演任性刁蠻且深藏心機的富家女紀雯。
6、2008年，孫俪與鄧超以熒幕情侶檔主演浪漫愛情電視劇《甜蜜蜜》。
7、2009年，孫俪主演嚴歌苓小說改編的年代劇《小姨多鶴》，飾演日本孤女竹内多鶴，因劇集涉及中日題材，雪藏三年後才在安徽衛視上星播放；之後，主演胡大為執導的劇情片《金山》，孫俪飾演女主角小虎，這部電影未能夠在國内放映，然而孫俪卻憑借這一角色獲得羅馬故事電影節“最佳女主角獎”及加拿大電影the Gemini Award雙子座獎“最佳女主角獎” 。
8、2011年4月26日，與甄子丹、姜文合作主演曆史片《關雲長》上映，孫俪飾演的第一女主角绮蘭是一個為影片的劇情特别設計的虛構人物，與甄子丹飾演的關雲長發生一段複雜而朦胧的暧昧感情 ；9月29日古裝奇幻電影《畫壁》上映；11月17日，主演的古裝清宮鬥争劇《後宮甄嬛傳》在地面首輪播出，孫俪在劇中飾演甄嬛一角，講訴一個不谙世事的單純少女成長為一個善于謀權的深宮婦人的故事。
9、2013年9月，主演當代都市劇《辣媽正傳》，飾演的女主角夏冰是個走在時尚前端的辣媽。
10、2014年9月6日，孫俪産後複出拍攝鄭曉龍導演的古裝劇《芈月傳》，劇中飾演芈月 。
11、2016年，主演勵志傳奇劇《那年花開月正圓》，飾演靈動善良、百折不撓又率性的周瑩。
12、2019年10月28日，主演的現實主義都市劇《安家》發布殺青特輯，劇中飾演房似錦。
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