2012年8月，出演了张承执导的心理悬疑微电影《镜像效应》，在片中饰演因小时候摔伤而产生视觉偏差的阿伟。

2015年8月，与张天爱、海铃、彭昱畅联袂主演的古装穿越网络剧《太子妃升职记》首播，在剧中饰演高冷太子齐晟，同时，他还为该剧演唱了片尾曲《漩涡》和插曲《以前的以后》。

2016年1月，与崔子格共同演唱歌曲《可念不可说》；3月，作为主要嘉宾录制江苏卫视旅行竞技真人秀《非凡搭档》；同月，与黄晓明、宋茜合作出演古装剧《上古情歌》，饰演风度翩翩、文武双全的凌云晟仑7月，与迪丽 热巴搭档主演职场喜剧《漂亮的李慧珍》，在剧中饰演蜕变为时尚的白皓宇；10月，与马思纯合作出演古装传奇剧《将军在上》，在剧中饰演纨绔王爷赵玉瑾。

2017年1月，在冒险动画电影《了不起的菲丽西》中为一心想要成为发明家的维克托配音；同月，以男模身份出席米兰时装周，为意大利时装品牌进行走秀；3月，与秦海璐、马苏合作主演年代爱情剧《十里洋场拾年花》，饰演从底层小报记者成长为娱乐报业大亨的冯一伦；5月底，与王子文共同出演古装玄幻剧《太古神王》，在剧中饰演背负家族使命、自强不息的秦问天。10月，携马思纯参加节目《快乐大本营》重阳节特别企划，并为电视剧《将军在上》做宣传。

2018年1月，作为常驻嘉宾参与爱奇艺机器人格斗赛事真人秀节目《机器人争霸》录制；随后，盛一伦主演的励志轻喜剧《最灿烂的我们》在上海开机，他在剧中饰演雄心勃勃的传统纸媒主编叶荣轩；2月，盛一伦与闫妮搭档主演了剧情片《迷妹罗曼史》，他在剧中饰演的是天赋颇高，怀揣梦想，并以发明改变世界来证明自己的高歌。3月10日，参加中央电视台综合频道文化节目《经典咏流传》第五期，并演唱歌曲《梦西湖》。5月16日，友情客串的都市情感剧《上海女子图鉴》在优酷播出。8月，作为B组明星选手参与东方卫视明星舞蹈真人秀《新舞林大会》。8月24日，担任首档音乐创演综艺节目《幻乐之城》助演嘉宾，在节目中饰演AI机器人“星期五”。11月15日，盛一伦与郑湫泓共同主演的励志片《那些名字那些年》在厦门首映，他在片中饰演在乡村支教的张老师。12月22日，参加综艺节目《快乐大本营》。

2019年6月22日，主演的都市爱情喜剧片《启动人生》在上海国际电影节宣布杀青，他在片中饰演即将毕业回国的中国青年梁良 ；随后，盛一伦与王子文、向佐共同出演的古装武侠剧《太古神王》即将播出，他在剧中饰演秦家养子秦问天。