二零零一年二月十七日，由李滨携手崔林、高圆圆共同主演的青春剧情片《十七岁的单车》正式登陆大银幕。在这部作品中，李滨将一名青春期学生所经历的成长阵痛刻画得入木三分，情感流露极为真挚。一般而言，塑造青春期的角色具有相当高的难度，年龄偏大的演员往往难以捕捉到那种未经雕琢的自然状态，而真正处于同一年龄段的表演者又常常因经验所限无法娴熟驾驭角色。然而当时的李滨却打破了这一困境，他完美地诠释了小坚这一人物，不仅精准把握了其心理脉络，更赋予角色鲜活的生命力。凭借此次出色的演绎，他荣获了第五十一届柏林国际电影节最佳新进男演员奖项，同时亦获得第三十八届台湾电影金马奖最佳新演员提名，由此正式开启了属于自己的演艺之路。同年十一月二十二日，李滨参演的爱情题材电影《蓝宇》公映，他在片中饰演了小滨子一角，进一步展现了其在爱情叙事中的表现力。进入二零零二年，他又与金心、覃琴合作，共同主演了另一部爱情电影《心·心》，持续拓展其表演领域。二零零三年二月二日，李滨与葛优、丁嘉丽等资深演员联袂出演的文艺电影《卡拉是条狗》上映，凭借片中精湛的演出，他成功入围第二十六届大众电影百花奖最佳男配角提名，获得了业界的重要认可。二零零四年，他搭档李雪健、哈斯高娃，主演了剧情片《合同父子》，该片于次年为其赢得了第十二届北京大学生电影节最佳电视电影男演员荣誉。通过这些作品的积累，李滨逐渐受到电影界与媒体界的广泛关注，其表演风格以真实饱满、富有内在激情而著称，也让越来越多的观众开始认识并欣赏他的艺术才华。二零零五年五月十七日，李滨与高圆圆、姚安濂合作主演的剧情片《青红》在法国率先上映，他在片中饰演性格内向的少年小根，以深沉而细腻的演技，深刻呈现了在压抑的时代背景下小人物的艰辛挣扎，以及他们对美好生活那种谨慎而执着的渴望与追寻，将人性中复杂微妙的一面勾勒得细致入微，展现出全身心投入的角色塑造能力，堪称灵魂级的表演呈现；同年九月十一日，其参与出演的情感电影《向日葵》亦如期上映，再次丰富了其表演履历。
二零零八年四月八日，一部由他与舒畅、焦恩俊联袂主演的科幻神话喜剧《魔幻手机》在全国范围内引发了热烈反响，并一举夺得当年CCTV的电视剧收视冠军。李滨在剧中塑造的小千一角，既充满市井气息又心怀正义，其演绎真实自然，赋予了角色极强的人格魅力，使之成为一代观众记忆中的经典英雄形象。这一角色也被视为中国电视剧史上对英雄人物塑造的一次创新探索，而李滨本人也因此在此后多年间被广大观众亲切地称为“小千哥哥”。紧接着在四月十日，他参演的剧情片《5颗子弹》登陆院线。值得一提的是，在接演《五颗子弹》之前，导演曾询问李滨是否擅长游泳，他自信地表示没有做不到的事情。然而，到了实际拍摄水下逃跑这场重头戏时，导演才发觉李滨几乎是个“旱鸭子”，拍摄过程中他甚至一度遭遇险情，险些发生溺水意外。同年九月十八日，他出演的军事题材剧集《绝密押运》于中央电视台一套首播；此外，他参与演出的历史剧《百年往事》也在同年与观众见面。 时间来到二零零九年十一月六日，李滨与秦海璐、王斑共同主演的家庭生活剧《鸽子哨》在中央电视台综合频道播出。剧中，李滨饰演的生子是胡同里唯一一个无父无母的孩子，由四合院里的邻居们共同抚养长大。秦海璐饰演的邻居姐姐晓菊义不容辞地承担起照料李滨生活的责任。这位吃百家饭长大的生子（李滨饰）自幼懂得感恩，总是默默帮助院里的长辈，尤其对晓菊姐（秦海璐饰）怀有深厚感情，时常为生性泼辣的她挺身而出，两人之间动人的姐弟情谊成为剧集一大亮点。同年，李滨出演的爱情剧《无量天》也与观众见面，他在剧中扮演一位深藏不露的黑道老大。谈及这个角色，李滨笑言其性格与自己以往的银幕形象反差极大，堪称一次彻底的颠覆。但他也表示，作为一名演员，最渴望的就是进行多元化的尝试，此次饰演卢明这个角色对他而言既是一次挑战，也是一次重要的转型尝试。在完成《无量天》的拍摄返回北京后，他有很长一段时间都沉浸在角色之中，难以完全抽离。 二零一零年，李滨再次与舒畅合作，携手刘宇桥主演了古装剧《刘三姐》。二零一三年一月十四日，他参演的都市亲情剧《全家福》于中央电视台综合频道首播，他在剧中饰演王满堂的孙子刨子。二零一四年二月五日，他与舒畅、曹骏联袂主演的科幻剧《魔幻手机2：傻妞归来》在中央电视台电视剧频道首播，该剧延续了第一部的核心故事线，李滨饰演的陆小千与魔幻手机傻妞再度携手，为保卫地球而战。同年四月十五日，李滨以二零零一年第五十一届柏林国际电影节最佳新晋男演员的身份，受邀出席该届电影节的开幕酒会，与其他嘉宾共同回顾柏林电影的百年历程。当晚，李滨身着一套黑色英伦风格西装亮相，褪去了早年柏林获奖时的青涩，展现出成熟、稳重且内敛的气质，多年的演艺历练已使他蜕变为一位备受认可的优质演员。 二零一六年七月三十一日，在作品《你好乔安》中，李滨饰演了韩铭磊一角，与戚薇饰演的角色同为实习生，该剧于浙江卫视首播。剧中，面对“最终只能留下一人”的残酷竞争规则，二人在办公室内上演了一场扣人心弦的职场博弈。二零一七年五月六日，他出演的年代传奇剧《魔都风云》在江苏综艺频道首播；同年十一月三日，他与朱一龙、于晓光共同主演的谍战动作电影《密战》在中国大陆上映。 二零一八年三月三日，李滨与黄轩、范明联合主演的战争喜剧电影《玩世英雄》在爱奇艺平台上线，他在片中饰演历史博物馆的实习生梅峰；六月十五日，他参演的犯罪悬疑电影《血十三》在中国内地上映，李滨表示这部戏中的人物设定都十分精彩，与众多演员同场飙戏的过程让他感到非常过瘾；七月十日，他与吴谨西、李小胖等人联袂主演的青春情怀电影《风速时光》上映，李滨在片中精准地把握了少年赛宁的叛逆与中年赛宁的成熟，表演游刃有余；十一月三十日，他与于非非、毛孩共同主演的灾难爱情电影《在天堂等我》在中国大陆上映，李滨凭借多年扎实的演技，生动演绎了片中那个冲破年代禁忌、同时又背负巨大世俗压力的返乡青年王小土。 二零一九年十月十八日，他与冯远征、于非非共同主演的现实题材电影《应承》在第十四届罗马国际电影节上荣获吉洛·彭特克沃大奖，随后于十一月五日在北京举行了发布会。二零二零年七月十日，他参演的都市家庭剧《什刹海》在中央电视台综合频道首播；十二月一日，他与费馨洁、大力联袂主演的抗疫主题电影《一呼百应》上映，李滨以精湛的演技刻画了一个从最初个性自我、情感淡漠，到后来主动组建志愿者团队、为医护人员提供各种帮助的普通小人物，将角色前后鲜明而生动的心灵转变淋漓尽致地呈现给观众。 二零二一年六月四日，他参演的奇幻爱情电影《梦境俏佳人》上映；八月二日，在北京举行的电影《危险记忆》首映礼上，李滨与其他主演一同和现场观众进行了深入的互动交流，活动同时发布了电影《危险记忆》的终极预告片；八月六日，他与丁海峰、甘婷婷共同主演的犯罪悬疑电影《危险记忆》在中国大陆上映，他在片中挑战自我，饰演了刑警队长刘扬这一警察角色；九月十五日，他与王泽霖、赵飞燕联袂主演的爱情电影《云知道》在中国大陆上映。
二零二二年五月二十一日，由李滨友情出演的悬疑剧集《法医秦明之读心者》于优酷视频平台独家播出；同年八月十四日，他与韩三明搭档主演的喜剧题材电影《我和我的村》正式登陆院线，在此片中，李滨担纲男主角第一书记刘磊一角，成功塑造了一位甘于奉献、充满正能量的农村基层干部形象，这一角色也成为其表演生涯中一次颇具意义的尝试；九月十九日，其参演的法治案情主题剧集《底线》在湖南卫视与观众见面；紧接着在九月二十五日，他与郎峰、李飞共同主演的缉毒题材电影《扫毒行动》上映，李滨在片中饰演了果敢坚毅的缉毒大队长林峰；十二月七日，其出演的当代都市剧《县委大院》于中央电视台综合频道完成首播；同年十二月十四日，李滨首次以导演身份参与的民俗悬疑电影《道师爷2》在腾讯视频与爱奇艺同步上线，该片由刘天佐、林枫烨联袂主演，故事改编自爱奇艺文学平台上红娘子的同名小说，并在风格上延续了《道师爷》系列作品玄幻惊悚的独特基调；十二月二十三日，其参演的革命历史题材剧集《破晓东方》亦在中央电视台综合频道播出。 进入二零二三年，李滨的演艺活动依然活跃。六月十三日，他与罗京民、何达共同主演的剧情片《邻里邻医》在中央电视台电影专业频道播映；十月七日，其参演的电视剧《问心》播出；十一月二十四日，另一部由其参演的电视剧《猎罪者》也与观众见面。 二零二四年伊始，李滨继续在多部剧集中亮相。一月十一日，参演的电视剧《如果奔跑是我的人生》播出；一月十八日，又一部其参演的电视剧《祈今朝》播出。同年三月九日，其参演的电视剧《师傅》播出，他在剧中饰演了角色李貌；三月一日下午，由其主演的电影《李夏·在路上》在合肥举行了隆重的首映礼，李滨在片中扮演英雄人物李夏，他在采访中坦言，在自己长达二十余年的演员生涯里，此次角色的塑造是难度最大、挑战最高的一次；九月三十日，其参演的电影《危机航线》于全国院线上映；十一月二十日，出演的电视剧《白夜破晓》如期播出。 展望已公开的日程，李滨的作品将持续与观众相约。二零二五年四月二十五日，其参演的电视剧《榜上佳婿》计划播出；五月五日，另一部参演剧集《刑警的日子》将播出；七月二十八日，电视剧《利剑·玫瑰》预计播出；同年十一月三十日，其参演的电视剧《天书黎明》也将与广大观众见面。
2012年4月，李滨与编剧刘浩泉结婚。后因感情破裂而离婚。
二零一三年，演员李滨在参与电影拍摄期间，与同剧组的女演员黄湄媚发生了婚外恋情。这一关系最终被其妻子刘浩泉发现，并在现场目睹了两人共处一室的情景。此事不仅对当事人的家庭关系造成了直接的冲击，也在一定范围内引起了公众的关注与讨论。
李滨的外形虽然并不高大，但他在表演中却蕴含着十足的戏味，为人处事十分随和，同时又能坚持自己的独立见解。在他所参与的众多影视作品里，李滨塑造了形形色色、性格迥异的角色，这些角色不仅展现了他作为演员的可塑性，更印证了他百变而深厚的表演功底。尤其在电视剧《魔幻手机》中，李滨凭借扎实的演技和富有张力的表演，与团队在短时间内完成的高精度特效紧密配合，赢得了评委会成员的一致赞誉。相较于早年凭借柏林获奖作品亮相时那份青涩的少年气息，如今的李滨更多地展现出成熟、稳重与内敛的个人气质。经过多年在演艺圈的持续磨练与不懈打拼，李滨已经完成了从新生代演员到实力派艺人的彻底蜕变，成长为一位备受认可的优质演员。