2011年，迪麗熱巴主演個人首部電視劇《阿娜爾罕》，飾演女主角“阿娜爾罕”，該劇於2013年5月7日在央視一套黃金檔播出，維吾爾語、哈薩克語版同步在新疆電視臺播出，該劇在央視播出獲得同時段城市網收視率居首位的成績，併入圍第30屆電視劇飛天獎優秀電視劇獎提名。2014年7月，在古裝仙俠劇《古劍奇譚》中精靈搞怪、萌萌可愛地亮相，飾演天墉城唯一的女弟子小師妹芙蕖 ；同月，都市網劇《微時代》播出，在劇中飾演嬌縱的小公主吳安珀；9月，參演湖南衛視定製周播劇《美人制造》；10月，參演古裝歷史言情劇《風中奇緣》，劇中迪麗熱巴再次展示擅長的民族舞蹈，飾演異域美女驪姬與劇中女主角莘月鬥舞；12月12日，榮獲中國時尚權力榜年度演藝圈新銳勢力獎。2015年2月，主演校園魔幻網絡劇《逆光之戀》，出演女主角富家女江離；7月22日，迪麗熱巴參演都市愛情電視劇《克拉戀人》在浙江衛視、安徽衛視播出，迪麗熱巴在劇中飾演外表看似高冷有範兒，而內心單純善良，鬼馬精靈的聚男小編高雯，憑藉對“高雯”的成功塑造贏得了觀衆的更多關注，並憑藉該角色獲得2015年國劇盛典獲得觀衆喜愛新人女演員獎；10月18日，確定主演爆笑喜劇電影《傲嬌與偏見》，飾演女主角唐楠楠；12月，參演由楊冪、李易峯主演的電影《怦然星動》，在影片中她再次飾演一位耀眼的明星郝美麗；同月18日，主演電影《21克拉》。
2016年1月29日，確定出演言情小說改編同名電視劇《三生三世十里桃花》，飾演青丘帝姬鳳九 ；2月8日，參演的古裝勵志劇《班淑傳奇》播出，在劇中飾演樓蘭公主；3月，參演商業現代劇《愛的階梯》，飾演富家千金宋子涵 ；3月17日，確認參演浪漫愛情電視劇《漂亮的她》，飾演女主角飾演慧珍；6月20日，主演電視劇《六扇門》在聚男小編視頻VIP上線播出，飾演女主角俠女蘇溢青；6月26日攜電影作品《傲嬌與偏見》參加2016中英電影節，並獲得2016中英電影節最佳新人獎；8月，熱巴主演的都市電視劇《麻辣變形計》在湖南衛視金鷹獨播劇場播出，在劇中飾演女主角帥氣保鏢關小迪。
在電視劇《阿娜爾罕》中迪麗熱巴第一次拍戲就擔任了女主角，壓力很大。迪麗熱巴爲適應角色中不畏強權的“舊社會少女”特意下鄉體驗農村生活，拍攝中帶傷跳舞堅持不用替身。“阿娜爾罕”被吊在樹上毒打，是劇中最殘酷、最感人的一場戲。這場戲，迪麗熱巴的表現，是拍攝中讓全劇組人員最感動的，播出後也感動了很多很多的觀衆。
