2012年，鄧倫被瓊瑤選定，參演李晟、張睿主演的青春愛情勵志電視劇《花非花霧非霧》，飾演暗戀白夢華的同事徐浩，與楊紫飾演的白夢華被稱為“完美戀人”。
2013年10月，與海陸、邱澤合作的愛情偶像電視劇《超級灰姑娘》殺青，鄧倫在劇中飾演杜齊花的弟弟杜齊天一角。
2014年3月，再次與李晟合作，參演民國電視劇《新京華煙雲》，飾演姚木蘭的弟弟姚迪非。
同年，鄧倫還參演了都市情感喜劇《愛情上上籤》，飾演長相白淨、性格靦腆、不善社交的工商管理專業畢業生孫小飛，這是鄧倫首次作為男一號出演電視劇。同年鄧倫與朱丹合作出演《待嫁老爸》，飾演的蘇達與朱丹飾演的蘇簡是同父異母的姐弟，為幫助姐姐獲得真愛，蘇達一路為姐姐保駕護航。
2015年出演《封神》，在劇中飾演狐妖。 同年，與張若昀、孫怡、朱元冰合作主演根據盈風同名小說改編的都市青春偶像劇《十五年等待候鳥》，在劇中飾演外表冷漠、內心卻溫暖無比的男二號柳千仁。
之後，與張魯一、孟召重合作主演年代情感劇《燃情大地》，在劇中飾演馬中秋、馬穀雨的弟弟馬除夕；同年參與拍攝《白鹿原》，在劇中飾演鹿兆海。
2015年主演電視劇《因為遇見你》 。參演勵志偶像劇《畢業季》 。2017年1月，與吳磊、林允合作主演古裝武俠劇《鬥破蒼穹》。
4月，確定主演古裝神話劇《香蜜沉沉燼如霜》，在劇中飾演天帝之子旭鳳 ；6月5日，其出演的古裝傳奇劇《楚喬傳》在湖南衛視首播，而他在劇中則飾演了表面放蕩不羈、實則頭腦精明的南梁皇帝蕭策；9月，與迪麗熱巴合作主演現代都市劇《一千零一夜》，在劇中飾演高智商低情商的霸道男神、身為花藝大師的男主角柏海。
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