2011年李夢參演陳忠實的同名小說而改編的電影《白鹿原》，出演“白靈”，同年，并擔(dān)任2011年西安世園會形象大使。

2012年李夢參演由陳可辛監(jiān)制、劉偉強(qiáng)執(zhí)導(dǎo)的熱血青春型古裝武俠3D電影《血滴子》，飾演“白蘭”；并與劉燁、黃渤、張涵予三大影帝共同出演首部電視劇《火線三兄弟》，出演的仗義直言，敢愛敢恨的千金大小姐“梁雅優(yōu)”。

2013年由著名導(dǎo)演賈樟柯執(zhí)導(dǎo)的電影《天注定》上映，影片中，李夢飾演夜總會小姐“蓮蓉”，并與賈樟柯導(dǎo)演上演了多場吸爆眼球的對手戲；同年，并與“影帝”廖凡共同出演年代傳奇電視劇《海上孟府》。同年，李夢在國內(nèi)首部以搖滾為題材的青春片《搖滾英雄》中，出演影后“李愛”，該角色被媒體稱作為“王菲的縮影”。電影《老腔》中，李夢首次挑梁，出演女一號，善良堅貞的“小鳳”，身著紅色棉襖，挽起發(fā)髻，額前的美人髻極具民國時期女性的內(nèi)斂風(fēng)韻。

2014年在電影《上海王》中，出演傳奇女子“小月桂”，這個由多位實力女演員曾經(jīng)詮釋過的角色，對于90后的李夢來說無疑是一種挑戰(zhàn)。在由香港著名電影人林炳坤先生監(jiān)制，改編于路內(nèi)同名小說，以工廠愛情為題材的電影《少年巴比倫》中，再次挑大梁擔(dān)任女一號，出演70年代最美廠醫(yī)“白藍(lán)”，為觀眾展示一段歡喜、感傷、荒蕪和詩意的愛情啟蒙故事。在李玉執(zhí)導(dǎo)，范冰冰、韓庚主演的電影《萬物生長》中，出演“小滿”一角，與韓庚溫情上演了一段如夢幻般美好的初戀故事。

2015年，在劉江執(zhí)導(dǎo)的電視劇《黎明決戰(zhàn)》中，李夢與劉詩詩共同出演抗戰(zhàn)時期，血濃于水，驚心動魄的“姐妹情”。6月電視劇《白鹿原》開機(jī)，繼電影版之后被陳忠實欽點主演女主角白靈 。9月30日警匪電影《解救吾先生》全國公映，李夢飾演憂郁叛逆的綁匪情人“晨晨” 。

2016年7月8日，參演的青春片《致青春·原來你還在這里》內(nèi)地上映，在片中飾演執(zhí)著樂觀的清新女孩莫郁華；隨后，參演青春懸疑片《夏天十九歲的肖像》，飾演為愛癡狂的少女朱莉，影片于2017年5月27日在中國大陸上映。

2017年1月13日，與董子健合作主演、改編于路內(nèi)的同名小說《少年巴比倫》內(nèi)地上映，在片中飾演70年代知性廠醫(yī)白藍(lán)，并獲得了第23屆北京大學(xué)生電影節(jié)最佳女演員獎的提名；2月17日，參演胡雪樺執(zhí)導(dǎo)的劇情影片《上海王》上映，在片中飾演忠于自我，堅貞不屈少女時期的筱月桂；3月3日，參演的年代劇《黎明決戰(zhàn)》播出，在劇中飾演女主宋紅菱的妹妹，二小姐宋玉菡；3月6日，主演由導(dǎo)演賈樟柯監(jiān)制，華裔青年導(dǎo)演Cathy Yan閻羽茜編劇執(zhí)導(dǎo)，鄔君梅聯(lián)合制片并主演的劇情片《海上浮城》。10月26日，第二屆金鶴獎頒獎典禮在東京舉行。東京電影節(jié)中國電影周部分，李夢憑借《上海王》獲得最佳新人演員獎。

2018年1月18日，李夢與王凱、馬天宇、王大陸主演的電影《英雄本色2018》上映并飾演劇中大哥周凱的女人美琳；1月28日，由賈樟柯監(jiān)制、李夢主演的電影《海上浮城》斬獲第38屆圣丹斯電影節(jié)“集體表演獎”，是唯一入圍且獲獎的中國電影，李夢成為首位在圣丹斯電影節(jié)獲獎的90后中國女演員。7月5日，參演電影《那個我最親愛的陌生人》。

2016年6月19日，第19屆上海國際電影節(jié)在上海大劇院盛大閉幕，李夢首發(fā)亮相。

雖然是90后，首次踏上國際電影節(jié)，李夢憑借其清新大氣、踏實自信以及厚唇微笑給中外媒體留下了深刻印象，一點都不怯場，表現(xiàn)自如，心理素質(zhì)很好；在電影《搖滾英雄》中李夢飾演女主角王菲，一個善良美好堅毅的女子，在面對背叛，李夢把她心理的掙扎、無助、失望、荒涼、痛苦演繹的頗為到位。如果用顏色來形容李夢，她似洋溢著熱情而神秘的紅色，在李夢身上有著超出她年齡的悟性與堅韌。（娛樂圈評價）