2001年11月，徐帆主演的《永遠有多遠》開播，她在劇中扮演白大省一角。2000年的《一聲嘆息》中，她飾演了一個遭遇婚姻危機的妻子曉英。2003年10月，徐帆出演了電視劇《青衣》。之後，她又出演了電視劇《大國醫》。2006年11月，徐帆正式接拍了一部古裝戲《最後的王爺》。
2007年，徐帆年初主演的一部話劇《蔡文姬》，作為紀念中國話劇誕辰百年和北京人藝建院55週年的獻禮作品之一，在春節期間上映。在電影方面，徐帆參與演出的《命運呼叫轉移》也作為賀歲電影在電影院上映。在電視劇方面，徐帆在電視劇《錯愛》中飾演的後媽周嘉麗。在年底，徐帆主演的另一部電視劇《愛無盡頭》也上映了。2008年1月，由北京電視台主辦的《北京電視台2007年度影視盛典》在國家大劇院舉行，徐帆憑藉2007年在話劇、電視劇和電影各方面的表現，榮獲了最具風格女演員的稱號。
繼《天下無賊》後，六年未在馮小剛電影中露面的徐帆在2010年的《唐山大地震》中飾演普通紡織女工李元妮，並憑藉在影片中的表演榮獲第5屆亞洲電影大獎最佳女演員獎。2012年，徐帆主演的電視劇《青春四十》登陸中央八套播出。2013年7月，由她出演的《天台愛情》上映。2016年2月7日，在央視聯歡晚會上表演小品《快樂老爸》；同年為迪士尼皮克斯動畫工作室製作的動畫電影《海底總動員2：多莉去哪兒》配音。
