2009年4月，孙红雷主演的电视剧《潜伏》在北京卫视、东方卫视、重庆卫视、黑龙江卫视同时上星播出 ，该剧在北京卫视创下平均9.1%的高收视率，4月15日的收视率更是超过了14% ；6月主演的电视剧《人间正道是沧桑》在央视八套播出；9月凭借《潜伏》获得第27届中国电视剧飞天奖优秀男演员奖；12月孙红雷主演的电影《三枪拍案惊奇》在全国上映，首周票房超过一亿。2010年3月，主演战国题材的电影《战国》，饰演战国时期的军事家孙膑；9月，参演拍摄冯小刚执导的爱情喜剧电影《非诚勿扰2》。2011年，与古天乐、高云翔共同主演杜琪峰执导的警匪电影《毒战》，饰演禁毒总队队长张雷。 2013年9月13日孙红雷主演的电影《全民目击》在全国上映；11月赴上海拍摄赵宝刚执导的电影《触不可及》。
2014年1月，主演的电视剧《一代枭雄》在江苏、浙江、天津、东方四大卫视同步播播出；9月19日，主演的电影《触不可及》在全国上映；12月24日，主演的电视剧《二炮手》登陆江苏、浙江、东方和天津卫视黄金档和山东卫视非黄金档首播。2015年3月19日，孙红雷主演的电影《少年班》举行定档发布会，宣布该电影于6月19日全国上映。同年，参加东方卫视励志综艺真人秀节目《极限挑战》 。9月，与江疏影、王耀庆、车晓主演都市情感剧《好先生》。2016年1月15日，孙红雷主演的电影《极限挑战之皇家宝藏》上映。5月31日，主演的都市情感剧《好先生》首播，孙红雷剧中饰演米其林三星厨师陆远。韩国电影《老手》翻拍中国版，孙红雷出演男主角 。
孙红雷是一个职业化的演员，他会用心揣摩角色，给导演提出自己的意见。他是个很特别的演员。他很像大哥，很有大哥风采，生活里他能够照顾其他人。他很真诚，做事非常认真。他是一个很聪明的演员，从《半路夫妻》到《潜伏》，他有能力将各种各样的角色诠释得很好，演坏人坏到极致，演好人很善良，这是演员的功力。孙红雷的成功不是偶然，他具有优秀演员的必备元素。
