2011年，柯震东与陈妍希主演的中国台湾青春爱情电影《那些年，我们一起追的女孩》在中国台湾上映。该片剧本由原作者九把刀改编并亲自导演，上映后先后刷新台湾和香港的票房纪录，内地上映后也创下台湾电影在中国大陆的记录。影片的热映，饰演柯景腾的柯震东也随之走红，并斩获第四十八届台湾电影金马奖最佳新人奖和第十二届华语电影传媒大奖最佳新人奖两项大奖。
2011年11月11日，柯震东签约索尼唱片后推出第一张专辑《有话直说》。
2012年参演郭敬明执导的电影《小时代》，在片中饰演“顾源”一角，该片上映后3天票房破2亿，刷新华语爱情电影单日票房纪录，总票房近5亿。
2013年2月2日，柯震东与陈妍希再度合作的电影《在一起》上映 ；4月15日，柯震东与付辛博、陈柏霖等主演的电影《这一刻，爱吧》上映，这是柯震东参演的第一部微电影 ；6月27日和8月9日，柯震东与杨幂、郭采洁等主演的爱情电影《小时代》、《小时代：青木时代》先后上映，两部总票房破8亿，柯震东在该片中饰演男一号顾源，受到广大观众的喜爱 。
2014年12月21日，柯震东参加“家扶中心”的公益活动，他这次出席没收任何费用。
2015年2月2日，柯震东确认退出电影《捉妖记》，井柏然代替柯震东重新出演《捉妖记》里“胡巴爸爸”的角色。
2015年11月，柯震东宣布确认出演电影《再见瓦城》片，该片已经杀青。
2016年1月21日，参加“群星瑞智”尾牙。
2016年1月，柯震东客串出演九把刀新电影《报告老师！怪怪怪怪物！》。
2016年5月柯震东在电视剧《舞樱》中担任男主角，出演一名民国警察角色，这也是柯震东首次在出演电视剧；同年11月，凭借电影《再见瓦城》入围“第53届台湾电影金马奖”最佳男主角奖。
2017年3月19日，凭借电影《再见瓦城》获得“青年电影手册年度华语十佳颁奖典礼”年度男演员奖。12月15日，主演的电影《不倒侠》全国上映，柯震东在片中饰演义智。
