2002至2007年期间，赵薇成功主演《玉观音》、《绿茶》、《情人结》、《姨妈的后现代生活》、《夜上海》五部优秀文艺片，在海内外均获得了很好的评价，入围了一系列国际A类电影节的主竞赛单元的评比，她洗净铅华，化茧成蝶。
2005年赵薇凭《情人结》获得上海国际电影节、中国电影华表奖和长春电影节三座影后桂冠，赵薇出色的演技得到了评论界与大众的肯定。赵薇回归电视荧屏，与中国中央电视台合作的《京华烟云》不仅成为赵薇继《还珠格格》、《还珠格格2》、《情深深雨濛濛》之后第四部中国年度电视剧收视率冠军，而且打破了中央电视台收视率记录。
2007年赵薇以优异地成绩考入了北京电影学院导演系的艺术硕士MFA，进行了基础和专业课的学习。她的导师是知名导演田壮壮；5月赵薇参演《赤壁》，成功主演了女主角郡主孙尚香。同年底，赵薇又成功主演了知名导演兼香港电影金像奖主席陈嘉上执导的古装爱情片《画皮》女主角义胆忠妻佩容。
2008年初赵薇被旅美作家严歌苓钦点，成为同名小说改编电视剧《一个女人的史诗》的灵魂人物田苏菲，由金鸡奖最佳导演夏钢执导。严歌苓赞她演得好，漂亮，表演准确。
2009年，主演《花木兰》和《锦衣卫》。凭《花木兰》获得第十届中国长春电影节最佳女主角奖，这也是赵薇二度问鼎长春电影节影后；8月9日，赵薇以最高票当选中国电影表演艺术学会副会长，成为该学会1985年成立以来最年轻的一任副会长，任期五年。并出任中国电影家协会青年电影工作者委员会副会长。
2012年，赵薇领衔主演的《爱LOVE》演技好获广泛国内外专业影评人的称赞，入围柏林国际电影节，日本大阪亚洲电影节，北京大学生电影节和台北电影节。创造华语片情人节单日最高票房纪录，大陆首周票房突破亿元，成首部两岸票房同破亿元双赢的影片，创北美和澳洲单屏票房冠军；同年2月，赵薇登VOGUE和时尚芭莎同月封面强势回归；3月3日赵薇导演处女作《致我们终将逝去的青春》在南京开机，豪华阵容令人期待。6月16日，赵薇主演的《画皮2》成为第14届上海国际电影节的开幕影片，这是赵薇产后复出主演的第一部电影，表演上有很大突破，票房口碑双丰收。9月4日赵薇闪耀意大利威尼斯电影节化身红毯女神，身着蓝衣，简单大方。