2008年，经过北京电影学院老师刘畅的引荐，曹炳琨进入了电视剧《潜伏》剧组，和孙红雷、姚晨等演员合作；剧中他饰演靠倒卖情报发财的特务谢若林。2009年，出演电视剧《温柔的背叛》；同年与吴越、高蓓蓓、曹炳琨、董维嘉共同出演由东上海集团投拍的都市情感剧《城市生活》，剧中曹炳琨饰演上海弄堂里的小混混阿胡。2010年，出演农村喜剧电影《决战刹马镇》，饰演表面憨厚，背地里琢磨着怎么篡权夺位的副村长陈底里；片中曹炳琨不及有“豁牙”的设计，还说一口保定方言。同年，出演由安战军导演的爱情轻喜剧《微风吹乱的爱情》。2011年，主演李依璠执导的谍战电视剧《黄金密码》，饰演国民党调查科科长段峰 ；之后与杜淳、马伊琍联袂主演都市情感剧《青春期撞上更年期》，剧中曹炳琨饰演幽默风趣、为人热忱又充满责任心的北京大男孩儿苗子 ；同年曹炳琨凭借苗子一角获得2011优酷影视指数盛典风云男演员奖。
2012年，与张佳宁、张凯丽合作出演电视剧《哎呀妈妈》；与马苏、李小璐联袂主演讲述80后一代婚姻、生活的情感剧电视剧《AA制生活》，饰演80后“凤凰男”张林。2013年，与沙溢、陈瑾合作出演谍战电视剧《渗透》，饰演对工作兢兢业业的国民党特务齐公子。2014年4月，由曹炳琨、李曼、种丹妮领衔主演的年代情感电视剧《血色迷情》在南京影视频道播出；5月曹炳琨凭借《渗透》获得第二十届上海电视节白玉兰奖最具人气男演员奖提名。2014年，8月，凭借《渗透》获得“华鼎奖·中国近代革命题材电视剧最佳男主角。
在电视剧《潜伏》中，曹炳琨饰演的谢若林是一个情报贩子，如此简单的人物却让曹炳琨表现的有血有肉，成为戏中出彩的男配角。随着电视剧《青春期撞上更年期》的播出，曹炳琨的人气也随之上升，曹炳琨在戏中扮演一个北京80后苗子，曹炳琨将这个责任心过重的角色诠释得很丰满，充分展现出他从男孩到男人的成长过程；曹炳琨用娴熟的演技，将苗子的幽默、责任、认真、无奈都诠释得入木三分。在《青春期撞上更年期》中曹炳琨还充分发挥其喜剧天分，为该剧增添了轻松氛围。
