二零零一年，张帆参演了由张绍林导演亲自执导的电视剧作品《台湾海峡》，他在剧中担纲男一号，饰演一位来自台湾的青年学生“钟浩全”，而演员黄海波则在剧中出演了反一号角色，这部电视剧后来于二零零三年五月二十九日在中央电视台第八套节目的黄金时段正式与全国观众见面。到了二零零二年，他与章申、宁静等多位演员共同参与了由导演马功伟执导的一部年代题材剧集《大马帮》，张帆在剧中饰演了名为“董学文”的角色，该剧最终于二零零四年在北京电视台第四套节目播出。二零零七年，他与郭铁城、陈紫涵等演员联合主演了一部以抗战时期的延安为故事背景的战争题材电视剧《延安锄奸》，他在剧中成功塑造了核心人物、老奸巨猾的间谍“陈纪元”，并且挑战了一人分饰四个不同角色的高难度表演。二零一二年，他与张正阳、张晋共同主演了一部古装武侠剧《南少林荡倭英豪》，在剧中他饰演了反一号角色，名为三枝乱步的日本武士。二零一三年，他出演了为纪念中国工农红军长征胜利八十周年而拍摄的红色主题电影《大局》；同年八月，他凭借主演的一部短片《重返赛道》在第九届北京国际体育电影周上荣获了金奖。二零一四年，他参与了由萧锋导演执导的近代革命谍战题材电视剧《生死兄弟情》的拍摄工作，与郭晓冬等演员一同出演；也在同一年，他再次与萧锋导演合作，主演了另一部作品《刀尖上的搏杀》。二零一五年四月十一日，一部革命谍战剧《生死兄弟情》（该剧又名《进城1949》）正式播出，张帆在剧中饰演了潜伏在共产党内部的特务站站长“铁手”这一复杂角色；还是在同一年，他主演了一部励志题材的电影《醉美人生》，并凭借在此片中的出色表现，在G客原创视频颁奖盛典上获得了最佳男主角奖；同年十二月二十五日，另一部谍战剧《刀尖上的搏杀》迎来首播，他在剧中饰演了关东军特务机关长“佐佐木”。同样是在二零一五年，他还与刘烨、布鲁斯·威利斯、宋承宪、陈伟霆等众多中外演员共同参与了国际阵容电影《大轰炸》的拍摄工作。二零一七年，他出演了一部谍战悬疑剧《和平饭店》，在剧中饰演行为痕迹分析专家陈佳影的直属上司“野间平二”，该剧于二零一八年一月二十五日播出；同年，他还拍摄了由郭敬明、白一骢担任编剧的网络剧《爵迹·临界天下》；以及由林楠导演执导的都市探险题材剧集《黄金瞳》，在剧中饰演“中川凉介”一角。二零一八年六月二十六日，他与高瀚宇、季肖冰联袂出演的悬疑剧《S.C.I.谜案集》正式播出；同年，他又与朱一龙、胡军、陈楚河等演员一同出演了同类型的电视剧《盗墓笔记重启之极海听雷》，在剧中饰演“薛五”这个角色；同年，他还与黄子韬等人合作，特别主演了一部青春热血剧《租界少年热血档案》；同年十月，他与霍建华、杨幂联合出演的一部年代励志剧《筑梦情缘》顺利杀青。二零二一年十月二十二日，由他主演的近代革命题材电视剧《前行者》播出；他也参演了电视剧《暴风眼》。二零二二年一月十三日，他参演的一部以美食为主题的都市剧《舌尖上的心跳》播出；二月五日，他参演的为冬奥会献礼的剧集《冰雪之名》播出；三月二十八日，张帆出演的《洋房里的猫先生》在杭州正式开机；七月二十日，《一念关山》官宣了全演员阵容，张帆确认加盟；七月二十七日，他参演的电视剧《迷航昆仑墟》播出；八月十日，他参演的另一部电视剧《民国大侦探》播出；八月一日，他参演的电视剧《第二次拥抱》播出；九月二十九日，他出演的一部网络剧《浮生之异想世界》播出；十一月，他参演的电视剧《鸣龙少年》宣布杀青。二零二三年一月十五日，他特别出演的电视剧《三体》播出；二月三日，他参演了《显微镜下的大明之丝绢案》；四月十五日，他主演的电影《爱很美味》在全国院线上映；四月二十二日，他参演的电视剧《漫长的季节》播出；六月十日，他主演的另一部电影《极寒之城》上映；十月十三日，他参演的电视剧《为有暗香来》播出；十一月二十八日，他主演的电视剧《一念关山》在爱奇艺平台独家播出；十二月十日，他参演的电视剧《鸣龙少年》播出。二零二四年一月十七日，他主演的电视剧《仙剑四》播出。二月二十七日，他特别出演的电视剧《紫川》在爱奇艺平台播出；二月一日，他参演的电视剧《独一有二的她》播出。四月三十日，他参演的电视剧《人鱼》正式官宣开机；六月八日，他参演的电视剧《玫瑰的故事》播出；七月六日，他参演的电视剧《第二次“初见”》播出；七月十四日，他参演的电视剧《赤热》播出。九月五日，他特邀出演的电视剧《势在必行》宣布杀青；八月二十六日，他参演的电视剧《藏海花》播出。十月二十六日，他参演的电影《乔妍的心事》登陆全国影院上映。十一月二十五日，他友情出演的电视剧《斗罗大陆之燃魂战》播出。二零二五年一月七日，他参演的电视剧《白月梵星》播出。三月十三日，他参演的电视剧《燃罪》播出。三月二十八日，他参演的《梦花廷》宣布杀青。七月十五日，他参演的电视剧《浴血荣光》播出。十一月一日，他出演的电视剧《树影迷宫》播出。十一月七日，他友情参演的电视剧《四喜》播出。十一月二十七日，他参演的电影《我的世界没有我》上映。二零二六年一月二十三日，他参演的电视剧《太平年》播出。一月二十八日，他参演的另一部电视剧《有罪之身》播出。
在备受瞩目的电视剧《延安锄奸》中，演员张帆凭借其精湛的演技，成功塑造了核心人物陈纪元这一角色，给广大观众留下了极为深刻的印象。他不仅对角色本身进行了细致入微的揣摩与塑造，更以高度的职业精神，在拍摄过程中默默忍受了各种特殊化妆品对身体可能带来的不适与侵害，正是这份全身心的投入，使得张帆所饰演的人物形象格外丰满立体，其相关的故事线也显得尤为鲜活生动。而在另一部电视剧《老爸的筒子楼》中，张帆的表演同样可圈可点，无论是丁劲松终于当上保卫科长时那种复杂微妙的戏份，还是他后来率人强行带走吴梅时充满张力的场面，张帆都演绎得极其到位。他将丁劲松这个人物性格中的多面性——那种谨小慎微、虚伪势利、见利忘义、嚣张跋扈乃至最后的歇斯底里——都刻画得入木三分，跃然屏上。他不仅精准而深刻地诠释了丁劲松这一特殊历史年代下的悲剧人物内心世界的挣扎与扭曲，更难得的是，其表演浑然天成，让人几乎察觉不到表演的痕迹，这种“无痕”的演技尤为可贵。总体而言，张帆对于诠释各类反面人物，可谓经验丰富，驾轻就熟。从《延安锄奸》中那位老奸巨猾的间谍陈纪元，到《老爸的筒子楼》里嚣张跋扈的丁科长，再到《天下盐商》中那位令人不寒而栗的邪恶大管家，他所塑造的每一个角色都形神兼备，给观众带来了强烈的戏剧冲击力。在电影《逆袭》中，张帆更是大胆突破，巧妙地运用了独特而新颖的表演手法来塑造角色。他通过一种充满黑色幽默的演绎方式，向观众呈现了一位异常生猛、行事乖张的娱乐圈大鳄形象，与此同时，也借助这个角色及其故事，将娱乐圈内部诸如“买粉丝”、“恶性炒作”、“制造假新闻”等种种扭曲的社会现象，以一种深刻而犀利的方式揭露并展示给观众，引发了人们的广泛思考。