2001年,初出茅庐的周韵在与梁朝伟合作拍摄《滨江世贸》广告之后,又在同年与香港导演王家卫的泽东电影公司签下三部电影主演权。
2003年,在何平导演,姜文、赵薇、中井贵一主演的古装动作大片《天地英雄》中扮演小和尚“觉慧”一角,为此还剃掉多年长发。同年在香港导演彭浩翔的新片电影《张爱玲》中饰演张爱玲,与郭晓冬主演傅华阳导演的电影处女作《桃花灿烂》。同年在李幼斌、杨恭如主演的电视剧版家庭伦理大戏《
我的兄弟姐妹》中饰演妹妹齐妙,是一个现代感极强的角色。在电视剧《
西藏警察》中饰蔡蓝靖。
2004年,与孙红雷搭档拍摄了由导演叶大鹰执导的电视剧《
走过幸福》,她用完全自然的表演风格饰演的朱小北,让周韵走进了千家万户。
2005年,在与夏雨共同主演的《爱上单眼皮的男生》饰宋十一,在探讨当代女性情感世界的电视作品《你是苹果我是梨》中饰汤红,在央视投拍的电视剧《
月上海》中饰任雨筝。
2007年,主演姜文执导电影《
太阳照常升起》,在片中饰演疯妈。
2009年,在陈德森导演,陈可辛监制,谢霆锋、王学圻、梁家辉等主演电影《
十月围城》中饰阿四的未婚妻阿纯。
2010年,在姜文自导自演,周润发、葛优、刘嘉玲共同主演的喜剧电影《
让子弹飞》中饰演万人迷“花姐”,让观众看到了周韵万种风情的另一面。同年主演电视剧《
金婚风雨情》饰舒曼,凭借该剧获得第1届亚洲彩虹奖最佳女演员奖。
2013年,主演姜文执导电影《
一步之遥》。还在侯孝贤执导的电影《聂隐娘》里出演女二号。9月与姜文一起出席威尼斯电影节。