2009年1月，张翰参加《一起来看流星雨》的试镜，最后得 到慕容云海这个角色；8月8日首播，该剧的平均收视率达到1.9，最高收视率3，收视份额7.73%。从开播到结束也一直收视第一。剧中，张翰出演身为贵公子的慕容云海。播出后，网页搜索量上升为第一。凭借此角，他先后获得最受欢迎男演员、年度潜力新人等奖项。还演唱了《拾忆》、《星空物语》两首歌曲。
镜头的切换我们也是更好的感受到了张翰这身造型的魅力，你们看张翰这身服装的搭配其实是十分的具有时髦感的，整一身无比难驾驭的造型在张翰的诠释之下也是让我们感觉十分的高级，看看他这逆天的脸庞也是十分的迷人呢，有的网友看了张翰这身造型后说：一般人这样穿会丑炸。
2015年3月17日，古装魔幻武侠剧《少年四大名捕》登陆湖南卫视钻石独播剧场，于6月3日完美收官。张翰饰演的冷血一角极致诠释了他从阳光男孩到成熟男人的华丽蜕变。同年主演古装电视剧《锦衣夜行》，饰演“夏浔”一角。与陈乔恩合作主演的青春爱情电影《既然青春留不住》于10月23日登陆各大院线。同年参演科幻电影《三体》饰演生物学家“潘寒”。
2017年11月3日，主演的电影《密战》上映。12月3日，张翰获得2017年腾讯视频星光大赏颁奖礼年度突破电影演员。12月8日，凭借《战狼2》获首届塞班国际电影节最佳男配角奖。
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