2010年9月,参演《建党伟业》,汤唯在片中扮演江南第一才女陶毅,但是其后遭遇删戏,尽管在预告片短暂露脸,但在108人演员名单中,汤唯正式消失,引起外界一定猜测。2011年,汤唯与玄彬共同主演的文艺片《晚秋》在韩国上映。该片翻拍自韩国上世纪60年代经典文艺爱情片,她扮演一位因表现良好而得到假释的女犯人,与玄彬出演的逃犯短暂相恋。 汤唯凭借影片当中的演出在第47届韩国百想艺术大赏颁奖礼上荣获电影部门的最佳女主演奖,成为了韩国三大奖历史上第一位获得最佳女主演的外国女演员。汤唯因《晚秋》在韩国影坛共获得了十项最佳女主角奖项。 2012年3月该片引进中国大陆,影片近七千万票房。2011年,由陈可辛导演、甄子丹、金城武、汤唯“甄唯武”组合主演的《武侠》上映,汤唯在该片首演村妇和妈妈。2011年5月13日影片入围了戛纳国际电影节“午夜展映”单元首映,汤唯同其他主创一起亮相红地毯。汤唯仍然凭借此片获得了香港金像奖最佳女主角提名。2012年,第17届釜山国际电影节开幕式,中国女星汤唯搭档韩国演员安圣基献上主持人首秀。2013年3月,由薛晓璐执导,汤唯、吴秀波主演的爱情片《北京遇上西雅图》上映。电影票房累计5.2亿元,刷新了国产电影爱情片票房纪录。同期香港票房破1000万元港币,打破内地爱情喜剧在香港的票房纪录。影片为汤唯四年内第三次提名香港电影金像奖最佳女主角,并在内地收获北京大学生电影节、广州大学生电影节、中国电影导演协会等多项奖项。2014年,汤唯与冯绍峰、王志文、郝蕾参演了许鞍华导演的《黄金时代》,片中扮演民国传奇女作家萧红 。4月15日,《黄金时代》第一次全阵容亮相。汤唯也因此片第三次提名台湾电影金马奖最佳女主角奖。2015年1月8日,在美国洛杉矶参加其参演电影《骇客交锋》首映礼。2月6日,凭借电影《黄金时代》,荣获第34届香港电影金像奖最佳女主角提名 ,这是她第四次入围该奖项。4月17日,汤唯在洛杉矶参加Burberry“London in Los Angeles”活动。同年与廖凡、苏岩主演的爱情喜剧电影《命中注定》将于7月24日上映。