2012年，单薇与刘晓庆、陈冲等知名演员合作主演的古装剧《隋唐英雄》于湖南卫视正式播出，她在剧中成功塑造了敢爱敢恨、武艺高强的中原第一女侠红拂女形象。该剧播出期间收视表现十分突出，持续稳居同时段电视剧收视率排行榜的前三位。凭借这部作品带来的广泛关注，单薇也由此正式开启了她的影视演艺生涯。2013年，由单薇担纲主演的抗战题材电视剧《风影》与观众见面，她在剧中生动演绎了清纯可爱、心怀家国的学生妹冉辛一角，该剧随后成功上星于浙江卫视播出；同年12月，她主演的另一部古装剧《隋唐英雄2之建唐风云》登陆湖南卫视金鹰独播剧场，她在剧中再度饰演了红拂女这一经典角色，该剧因其精良制作与良好口碑，之后荣获了第21届中国电视金鹰奖优秀电视剧奖；也在同一年，她参与出演的武侠剧《武松》以及抗战剧《东北剿匪记》也相继播出，其中武侠剧《武松》于同年先后在山东卫视与黑龙江卫视实现上星播出，并于2019年在云南卫视进行了再次播出。而她参演的抗战剧《东北剿匪记》则于2015年登陆甘肃卫视与云南卫视上星播出，其后在2019年于重庆卫视再度与观众重逢。电视剧《隋唐英雄4》的剧照也记录了其当时的影像。2014年，单薇领衔主演的谍战剧《冷枪手》播出，她在剧中饰演了智勇双全的中共女特工马赛飞，这部剧集在播出次年便进行了重播；同年3月，她与刘晓庆、张卫健等演员共同主演的古装剧《隋唐英雄4》在江苏卫视播出，她在剧中饰演了性格楚楚可人、最终为爱牺牲的窦仙童一角；也是在这一年，她与蒋林静、余少群等合作主演的传奇题材剧《末代皇帝传奇》播出，她在剧中挑战饰演了历史上中外闻名的双面间谍川岛芳子，该剧于次年在安徽卫视和云南卫视实现了上星播出。2015年，单薇与余少群、孙耀琦合作主演的都市爱情剧《婚姻攻防战之爱要付出》于云南卫视播出，她在剧中饰演了勇于表达情感、主动为自己争取幸福的现代女性朱丽宏，这也是她演艺生涯中首次尝试出演现代题材的电视剧作品；同年，她主演的古装系列剧《隋唐英雄》的终结篇《隋唐英雄之薛刚反唐》在江苏卫视播出，她在剧中饰演了美艳绝伦、命运曲折的唐朝第一宠妃赵美玉。电视剧《冷枪手》的剧照同样留下了她精彩的荧幕瞬间。2017年，单薇与宁静、侯勇等实力派演员合作主演的抗战剧《大西北剿匪记》播出，她在剧中出色诠释了被称为“军统一枝花”的姜媚一角，该剧发行范围广泛，曾先后在全国八个地面频道播出。2019年，单薇受邀出席了北京国际时装周，展现了其在时尚领域的关注与影响力；同年，她在专业评奖中收获肯定，荣获了第二届中国广告片金狮奖最受期待女演员奖。2020年，单薇再度受邀参加“时光之恋，庐约而至”庐山国际爱情电影周的相关活动。2025年3月11日，她参演的电影作品《虎口夺金 》正式上线播出。
自出道以来，单薇一直以清新玉女的形象深入人心，她所呈现的角色大多或是甜美可人的古装少女，或是身手不凡的武林侠女。她的外貌清新靓丽，眉眼之间却自带一股飒爽英气，这种独特的气质让许多观众觉得她是个颇具男孩子气的女孩。然而，生活中的单薇其实是一位甜美活泼、性格开朗的女生，说话时总是轻声细语，待人温和亲切。在她的演艺生涯中，她成功塑造了多个性格鲜明、风格迥异的角色，展现出宽广的戏路和扎实的表演功底。在抗战题材作品《风影》中，当时尚属新人的单薇凭借其沉稳的演技和令人惊艳的现场表现，给整个剧组带来了不小的惊喜；在参与古装剧《隋唐英雄》的拍摄时，她不畏严寒天气，即便在感冒期间仍坚持亲自完成水下戏份，其高度的敬业精神赢得了剧组上下的一致赞许；而在另一部古装剧《末代皇帝传奇》里，她所诠释的川岛芳子一角，则在历史原型的基础上注入了更多人性的复杂与女性的柔媚，无论是前期天真烂漫、乖巧可人的模样，还是中期那种梨花带雨、苦苦挣扎哀求的动人情节，都获得了观众和业内人士的广泛认可。单薇通过不断挑战自我，用细腻的演绎为每个角色赋予独特的生命力。