2010年2月16日于CCTV3《百花迎春中國文學藝術界2010春節(jié)大聯歡》演唱《彎彎的月亮》，5月與唐人電影合作的新概念武俠大戲《怪俠一枝梅》飾演賀小梅。9月推出EP《月光晴朗》， 一直忙碌于影視劇拍攝工作的馬天宇在2010年12月帶來自己的的EP《自言自宇》。

2011年遠赴西藏、尼泊爾等地拍攝寫真集，發(fā)行第三本個人寫真集《印·馬天宇·西區(qū)》，2月7日參加中央衛(wèi)視 《2011文學藝術界新年聯歡》。

2012年出演《寶貝媽媽寶貝女》飾演“腹黑男”章漢哲，在6月15日奪得全國衛(wèi)視黃金時段電視劇收視冠軍。 同年《軒轅劍之天之痕》在湖南衛(wèi)視播出，劇中飾演呂承志。

2013年與黃宗澤、林心如、戚薇、袁弘合作拍攝《少年神探狄仁杰》，飾演王元芳，因翩翩佳公子形象俘獲大批粉絲。同年與韓雪合作拍攝《淑女之家》，與鄭爽二度合作《美人私房菜》，友情客串林心如主演《秀麗江山之長歌行》;12月21日在西單大悅城發(fā)行了第四張個人專輯《世界之外》。

2014年7月2日與李易峰、鄭爽、喬振宇、陳偉霆主演仙俠魔幻偶像劇《古劍奇譚》在湖南衛(wèi)視鉆石獨播劇場播出，飾演方蘭生/晉磊。9月搭檔鄧家佳、陳偉霆主演電視劇《緣來幸�！�。2014下半年接連主演了《緋聞女友》《功夫婆媳》《毛丫丫被婚記》。10月發(fā)布了自己的首本寫真旅行日記《轉機》。同年發(fā)布了《蘭鈴曲》及《納西索斯》兩首單曲。