2016年4月29日，在《梦想合伙人》里饰演赵书宇 学霸人物，大学时与卢珍溪是一对志趣相投的同学，也是卢珍溪的初恋。两人共赴美国求学，之后在美国和卢珍溪分手。 是王一博首部影视作品。同年，随组合获得酷音乐亚洲盛典年度内地最佳新人奖和尖叫爱奇艺之夜颁奖礼年度音乐大奖 。
2016年9月14日，在《大话西游3》中饰演红孩儿。2016年3月，随组合凭借歌曲《EOEO》获得美国International-K Music Awards最佳编舞奖 ；4月29日，正式成为综艺节目《天天向上》主持团“天天兄弟”成员。
2017年，在《私立蜀山学院》中饰演滕净 滕净是千年罕见的剑术天才。生于仙盟，长于蜀山，是精英班班长；手持蜀山法宝紫郢剑，身带神农仙灵神力，纵横九州界的第一剑修。为人表面冷酷霸道，内心却火热善良，重情重义，在经历了种种坎坷后变得豁达从容。同年，获得第十七届音乐风云榜年度盛典偶像新势力奖、亚洲影响力盛典最佳新人演员奖以及微博电视影响力盛典年度新锐艺人奖。
2017年8月15日，在《人间至味是清欢》里饰演翟至味 家世良好的精英，拥有羡煞旁人的才华，人见人爱，有着天马行空的想法与超强的商业头脑，对安清欢一见钟情，与丁人间针锋相对，既是上下级又是情敌，后经历家庭破产、债务包袱等一系列生活灾难，使其跌入人生的谷底。
2018年4月9日，OPPO年度首部微电影《热舞吧！青春》中饰演林进 时而身着厨师服装变身温柔的料理少年，时而佩戴面具化身神秘热血舞者，时而手骑单车化身明朗小哥哥，百变魅力使得粉丝深陷其中仿佛回到初恋：“重回疯狂迷恋一博巅峰时刻！2018年2月，主持湖南卫视春节联欢晚会；3月，担任竞演类真人秀节目《创造101》舞蹈导师。
2019年6月9日，在《陪你到世界之巅》中饰演季向空 战术高超却屡陷“手残”误解的职业竞技选手，曾经是Legends战队的一员，后转会到VNG担任队长兼指挥，最后成立了自己的凤凰战队。作为凤凰战队队长的季向空，带领队伍从背负恶名到拥趸无数互相陪伴携手闯关，最终摘得职业电竞最高荣誉。
2019年6月27日，在《陈情令》里饰演蓝忘机 蓝忘机是姑苏蓝家二公子。寡言少语，逢乱必出。在世家前往蓝氏听学时，魏无羡屡破蓝氏规定，蓝忘机对魏无羡并无好感。在经历各种事件后，蓝忘机对魏无羡改观，在黑白对错的思考上有了成长。魏无羡跳崖后，蓝忘机领罚并被禁闭三年。之后经常下山找寻魏无羡的踪迹。十三年后，终于重逢，并联手探查揭开真相。
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