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000年，张译所在的战友文工团开始排演《士兵突击》的话剧版《爱尔纳·突击》。他做了长达三年的场记工作，让他对《士兵突击》的理解和感情已非一般人能比。“三年的场记加上三年的等待，总共六年，一直到2006年电视剧《士兵突击》开拍。当兵十年，张译跑了十年龙套。除了自己热爱的“主业”表演外，张译还有很多“副业”爱好：录广播剧、写剧本。2004年，张译写的短剧剧本《文小姐·武将军》没被团里通过，却意外地发表在了《剧本月刊》。

2006年12月24日，与王宝强、陈思成、段奕宏主演的电视剧《士兵突击》在中国首播。

2008年9月22日，与王千源、闫妮、李明启主演的《三七撞上二十一》在大连拍摄，由导演马小刚执导。

2009年3月5日，与段奕宏、张国强、邢佳栋主演的电视剧《我的团长我的团》在中国首播。9月19日，与廖凡、李晨、杨烁主演的电视剧《生死线》在中国首播，该剧改编自兰晓龙的最新畅销战地小说《生死线》，并且由2008年两部最震撼人心的电视剧《士兵突击》与《闯关东》的主创班底携手创作。

2010年11月13日，与沈傲君、王媛可主演的电视剧《兵团岁月》中国首播。2010年主演电视剧《枪声背后》上映。

2011年1月1日，与陈宝国、冯远征主演的电视剧《钢铁年代》在中国首播。5月17日，与潘雨辰主演的电视剧《雪花那个飘》在中国首播。6月15日，参与拍摄的电影《建党伟业》在中国首播。12月5日，张译、潘

虹、张歆艺主演的电视剧《新上门女婿》在中国首播。12月10日，与陈思成、李晨、杨幂主演的电视剧《北京爱情故事》在北京开机。

2012年1月18日，主演的电视剧《北京爱情故事》在中国首播，饰演剧中角色石小猛。4月23日，与黄晓明、张歆艺主演的电影《匹夫》在中国首映。4月25日，与王珞丹主演的电影《老人愿》在中国首映。7月6日，参与拍摄的电影《搜索》在中国首映。11月10日，主演的电视剧《温州一家人》在中国首播，饰演剧中角色周麦狗。

2013年1月29日，参与拍摄的电影《愤怒的小孩》在中国首映；2013年2月10日，参与拍摄的电影《越来越好之村晚》在中国首映。8月，由导演杜军执导，张译、高露、战菁一、李博主演的电视剧《好男儿之情感护理》在威海杀青。9月2日，与海清主演的电视剧《抹布女也有春天》在中国首播。9月14日，与孙俪主演的《辣妈正传》在中国首播。

2014年3月，张译同陈乔恩、蔡明主演都市家庭轻喜剧《嫁个老公过日子》。4月2日，出席了打拐题材电影《亲爱的》在清华大学举行的开机发布会，该片由陈可辛执导，张译与赵薇、黄渤、佟大为、郝蕾共同主演

2014年9月26上映，同年该片于威尼斯电影节展映，张译作为主演之一亮相电影节红毯。10月1日，参与拍摄由汤唯、冯绍峰、王志峰主演的电影《黄金时代》中国首映。

2015年1月，与刘烨、谭卓主演的电影《追凶者也》在东川开机拍摄，由导演曹保平执导。3月，由张译主演的都市轻喜剧《好男儿之情感护理》在中央电视台影视剧频道首播。3月16日，正式加入导演贾樟柯执导的电影《山河故人》拍摄，本片澳洲、山西多地取景，合作主演赵涛、张艾嘉等，该片入围第68届戛纳国际电影节主竞赛单元。4月，主演由何平导演执导电影《回到被爱的每一天》正式开机拍摄。同时，出演由六六编剧余淳执导电视剧《女不强大天不容》，与海清、杜淳、陈小艺共同主演。

2015年5月20日，《山河故人》作为第68届戛纳电影节主竞赛单元影片全球首映，张译作为主演出席当日首映红毯和新闻发布会。9月，张译作为电影《回到被爱的每一天》《山河故人》主演、《老炮儿》参演演员参加第40届多伦多国际电影节。9月19日，张译凭借电影《亲爱的》获得第30届中国电影金鸡奖最佳男配角奖。