2002年出演琼瑶剧《还珠格格3之天上人间》,饰慕沙,并签约琼瑶旗下的仲杰文化传播有限公司。出演张纪中版《天龙八部》饰阿朱,凭借该剧获得年度最具魅力女演员奖 。2003年出演《末代皇妃》,饰演齐如玉并出演《永乐英雄儿女》,饰演蛮儿。
2004年《天龙八部》播出,5月份参演《原来就是你》并一人分饰两角,这也是刘涛第一次以女一号身份出演的作品。2004年6月中央台投资的神话剧《白蛇传》中,刘涛饰演白素贞。
2005年与吴奇隆、黄文豪合作饰演的历史剧《问君能有几多愁》,并在剧中再次分饰两角。2006年刘涛出演以狗狗为题材的贺岁电影《阿宝的故事》,这是刘涛第一部电影;与林心如合作诠释的《大理公主》
,第一次尝试了反面角色;在《封神榜之凤鸣岐山》客串了嫦娥,在《黄飞鸿五大弟子》客串了蒙嫂。3月,与谢霆锋,李心洁等共同参演根据古龙同名小说改编的《大人物》;7月,与的孙协志合作拍摄了魔幻武侠剧《魔剑生死棋》。
2007年接拍根据吴启泰小说《小桃红》改编的央视电视剧《女人花》,饰演女一号黄梅儿。在《戴着面具跳舞》与聂远、石林合作饰演了韩思蕊。2010年刘涛与潘粤明再携手出演由高建群小说《最后一个匈奴》改编的电视剧《盘龙卧虎高山顶》;9月出演《橄榄树》饰演的穆杉是一个护士;在一部温情大戏《叶落长安》饰演陈小艺的大女儿白莲花。
2011年出演搜狐网络门户剧《钱多多嫁人记》,该片入围戛纳电视剧节;与林心如义气相挺友情出演《倾世皇妃》温静若一角;与李宗翰合作《景德镇》饰演女一赵玉茹;主演了由贾一平导演的《幸福满屋》;连续接了两部战争戏《两个女匪王》《智取华山》,皆饰演女一号。
2012年2月客串电视剧《千局百计》(又名:《没有硝烟的战争》);3月底,在家庭伦理剧《贤妻》饰演女一号韩大芸,与保剑锋四度合作;7月底,在香港导演何树培与成志超担纲执导的近代传奇电视连续剧《迷局1931》中饰演双面间谍杜鹃;9月,出演电影《恋者多喜欢》女一号程雨,这是刘涛主演的第一部电影;10月,客串大型古装神话青春偶像剧《刘海砍樵》,饰演狐仙并出演现代都市情感大戏《今夜天使降临》;12月,出演赵宝刚导演的电视剧新作《老有所依》,饰演女一号江木兰。
2014年2月14日发行首张个人音乐专辑《最好的时光》。4月,参加由湖南卫视明星姐弟自助远行真人秀节目《花儿与少年》,担任嘉宾角色“四姐”。
2015年02月17日,刘涛在2015央视春晚上,演绎小品《一定找到你》。同时,主演电影版《咱们结婚吧》于4月2日上映。与高圆圆、姜武、李晨、郭碧婷、郑恺、陈意涵、王自建联袂参演。2015年6月13日,刘涛出席第十八届上海国际电影节。9月19日,与胡歌合作主演的古装电视剧《琅琊榜》在北京卫视、东方卫视播出,在剧中刘涛饰演“霓凰郡主”一角。