了接拍《倾城之恋》还放弃了国家话剧院的工作 ；9月16日，历史电影《建国大业》首映，陈数在片中客串群众演员； 12月，领衔主演的话剧《简·爱》上演，陈数的精彩表演使她不断受到圈中好友及导演的赞誉。
2010年4月16日，陈数与巍子、杨志刚联袂出演的传奇剧《铁梨花》开播，她在剧中饰演聪明大气的传奇女子“铁梨花” ，并凭借该角色获得了第17届上海电视节白玉兰奖电视类最佳女演员奖 、第26届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖以及第6届华鼎奖电视剧最佳女主角奖。而“铁梨花”也成为了荧屏上的经典角色。 11月1日，与黄海波、杨志刚、巍子共同主演的抗战剧《将·军》播出，陈数饰演有情有义的粤调名伶“沈红玉” 。
2011年2月2日，陈数登上2011年央视兔年春晚，与黄宏、孙涛、张凯丽合作表演了小品《“聪明”丈夫》，该节目获得了我最喜爱的春节联欢晚会节目评选活动小品类二等奖 ；8月，陈数参加中国电视艺术家协会演员工作委员会成立仪式，并被授予副会长头衔 。
2012年2月23日，搭档黄磊主演的都市情感剧《夫妻那些事》在湖南卫视播出，陈数在剧中饰演外表坚强但内心柔软的建筑设计师“林君” ；3月8日，与舒淇、余文乐、奚美娟联合出演的爱情悬疑电影《情谜》上映，陈数在片中饰演年轻性感的舞台剧演员“Ay” ；3月10日，与陈宝国领衔主演的抗战剧《正者无敌》首播，陈数在剧中饰演川军师长冯天魁美貌智慧、风情万种的的二姨太“沈虹” ，由此获得了第19届上海电视节白玉兰奖连续剧类最佳女演员提名 ；6月，陈数出任第18届上海电视节白玉兰奖评委 。
2013年1月1日，与林永健领衔主演的都市情感喜剧《天真遇到现实》首播，陈数在剧中饰演乐观、天真的单身妈妈“杨天真” ；1月14日，在新浪2012微博之夜庆典中，陈数获得了微博年度风雅人物奖 ；3月31日，陈数获得了2012中国电视剧年度明星盛典“年度十佳女演员奖” ；11月25日，参演的环保公益短片《地球来信了》上映 。
2014年1月1日，与孙红雷、巍子共同主演的年代传奇剧《一代枭雄》开播，陈数饰演气质如兰的留洋归国女教师“程立雪” ；4月4日，搭档黄磊主演的都市情感剧《我爱男闺蜜》首播，陈数在剧中扮演独立坚强的都市职业女性“叶姗” ；9月30日，与王雷、张小磊、张鲁一联袂出演的都市情感剧《谈判冤家》播出，陈数饰演把工作放在首位的职场女强人“乔楚” ；12月16日，与孙淳、翟天临、种丹妮联合主演的情感剧《剧场》播出，陈数在剧中饰演性格倔强、纯粹的话剧明星“郁珠” ；12月17日，陈数在“国剧盛典”上获得了“年度人物”奖。
2015年，由雷德利·斯科特执导，马特·达蒙、杰西卡·查斯坦、杰夫·丹尼尔斯等主演的好莱坞科幻冒险电影《火星救援》在中国内地上映，虽然饰演的是一个小角色，但对于陈数来说却是很难得的一次尝试 ；12月3日，由杨幂、李易峰领衔主演的浪漫爱情电影《怦然心动》上映，陈数在片中饰演男主角手腕强硬的前任经纪人“眉姐” 。