1997年，参加天安门广场演出“庆祝香港回归”。1998年，参加海南省十周年庆典。1999年，参加中央电视台“夕阳红”春节联欢会；汕头电视台主办的“千禧之夜”大型晚会；北京电视台元旦晚会。
2001年，参加济南电视台春节联欢晚会。2002年，担任北京电视台全国首届美丽微笑大使的颁奖嘉宾以及江西赣州艺术节体育馆演出嘉宾。
2004年3月，在北京、江苏、石家庄举办歌友会。12月开始参加并主演张学友创意音乐剧《雪狼湖》世界巡演。2005年，参加CCTV梦想剧场获得冠军，参加山东电视台春节联合晚会；同年客串电视剧《康熙微服私访记5》。
2008年，录制元旦晚会以及CCTV-3《春节七天乐》，同年参演电影《未来警察》和《狄仁杰之通天帝国》。
2010年，参演电影《无畏英雄》饰演角色陆大勇、在电影《龙门飞甲》中饰演继学勇，《让子弹飞》中饰演老四。
2011年1月，应邀出席由中国社会工作协会主办的《公益时报》2010年度中国社工颁奖礼；3月出席第五届娱乐大典；同年以刺客身份参演《鸿门宴》，并且参演王晶导演的电影笑功震武林，饰演朱团长。
2012年1月，参与录制山东电视台春节联合晚会；参演电视剧《利箭行动》，饰演角色陈启；《隋唐演义》饰演角色徐茂公。
2013年，9月出席第五届新农村电视艺术节（金牛奖）颁奖典礼；参演张之亮导演的电影《白发魔女传之明月天国》、同年参演蔡晶盛导演的电视剧电视剧《龙门飞甲》等。
2014年，与林更新张涵予合作参演《智取威虎山》、与吕良伟斯琴高娃合作参演《镇海保卫战》等影视作品。
2015年2月11日，参与录制2015中国电影人春节联欢晚会；3月18日参加第五届明星公民颁奖盛典；参演了《锦绣缘》、《杜心五传奇》《武神赵子龙》《疯狂的公牛》等作品。同年参演“爱国主义教育音乐电影”《时刻准备着》；10月杜奕衡担任“国际影视明星书画院”的荣誉院长；同月首触话剧《银锭桥》在北京保利剧院首演。12月28日出席亚洲热歌风云榜2015年度颁奖典礼，获得亚洲热歌风云榜最佳演绎奖。
2016年2月，杜奕衡参加电影人春晚，演唱新歌《热爱》。
2017年8月6日，亮相奇幻电影《鲛珠传》首映盛典助阵宣传，该片于8月11日在全国上映，片中饰演人族护国大将军杨振虎。9月，出演抗日爱国佛教电影《三藏塔1942》，片中饰演明慧长老的大弟子，爱国志士辉坚法师。11月，参演电视剧《将夜》，剧中饰演荒人部落首领唐。12月7日，参演的电视剧《虎啸龙吟》上线播出，剧中饰演称霸四方的魏国护国大将军曹爽。12月10日，主演的电影《伏妖·白鱼镇》登陆爱奇艺视频，片中饰演马一衡。
2018年5月，出品兼主演的探案电影《斗法五湖镇》杀青，片中饰演以私家侦探身份隐居的赵四海，7月，凭借该片获得温哥华国际华语电影节最佳男主角奖。8月17日，参演的电视剧《龙门飞甲》登陆央视八套，剧中饰演足智多谋、心狠手辣的“西厂督主”尤嘉。
2019年10月22日，与祁圣翰、方楚彤、张晞临、王闯合作出演由夏雯执导的民国悬疑电影《外八门之局中局》开机。
2020年1月12日，主演的网络大电影《狄仁杰探案》在爱奇艺独家上线，片中饰演狄仁杰。
