2006年，佟麗婭大二時出演由爾冬升執導的電視劇《新不了情》，憑藉劇中“李再愛”一角的清麗表現，獲得好評，自此正式出道。
2007年，佟麗婭出演了中央戲劇學院的現代話劇《蝴蝶是自由的》；同年，她還領銜主演了現代青春愛情劇《空巷子》，並在劇中飾演了命運多舛的美麗美麗女孩齊喬、而這也是佟麗婭首次在影視劇中擔任女主角。
2008年，在電視劇《母儀天下》中佟麗婭出演劇中的“趙飛燕”一角。佟麗婭憑藉紮實的舞蹈功底和演技成功塑造了“趙飛燕”一角，飾演古裝造型。同年，在生活劇《我是一棵小草》中，佟麗婭飾演嶽小梅。
2009年，佟麗婭又出演了《人活一張臉》，《大屋下的丫鬟》，《煙雨斜陽》三部電視劇。
2010年，佟麗婭首次搭檔霍建華，在《怪俠一枝梅》飾演荊如憶。在電視劇《無懈可擊之美女如雲》飾演姚輝。在《我的經濟適用男》飾演何小君。
2011年，《唐宮美人天下》飾演舞傾城。佟麗婭在《美人天下》中再次扮演擅長歌舞的舞傾城。
2012年，佟麗婭在電視劇《北京愛情故事》中飾演沈冰，被網友稱為“最理想的模範女友”。在電視劇《戀愛的那點事兒》中飾演於湖新。
在電視劇《戀戀不忘》中扮演女主角吳桐，與言承旭飾演的霸道總裁上演愛情故事。8月，佟麗婭攜手李光潔、趙子琪、朱銳等主演都市情感劇《酷爸俏媽》，劇中飾演小學英語老師黃小穎。
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