2010年，《新版红楼梦》正式与观众见面，12月参加在广州举办的“南方影视盛典2010年度颁奖礼”，李沁不仅拿下“金南方年度最受媒体关注奖”，更凭借在剧中对少年宝钗的出色演绎荣获“金南方年度最佳新人奖”。2010年凭借《建党伟业》中的“杨开慧”一角，入围第31届大众电影百花奖最佳新人奖。
2011年2月3日，李沁参演了由星美（北京）影业有限公司出品的古装喜剧。电影《神奇侠侣》，李沁在剧中饰演“蓝凤凰”。5月13日主演由北京东方飞云国际影视公司投资制作的数字电影《落难神偷》，影片中饰演一位地下工作的革命者，与林申成功塑造了一对“欢喜冤家”。5月16日与谷智鑫主演电视剧《中国1921》，剧中李沁扮演“杨开慧”，23日携同主创团队做客新浪直播间，与观众们一起分享该剧的台前幕后的故事[18] ，2012年《中国1921》荣获第26届中国电视金鹰奖最佳电视剧奖。2011年10月8日由李沁、张超等主演的电视剧《将军日记》在央视一套首播，在剧中李沁变身图书管理员，饰演参加工作的女大学生“小李”。
