2001年，李光潔在古裝戰(zhàn)爭(zhēng)電視劇《走向共和》中飾光緒皇帝。同年，與焦晃、左小青合作在電視劇《乾隆王朝》中飾演沈修儒。

2002年，李光潔與段奕宏合作參加電視劇《記憶的證明》的拍攝，在劇中飾演勞工夏明遠(yuǎn)。同年，在生活愛(ài)情故事《各就各位》中飾演鐘靈。

2003年，李光潔與邢佳棟合作在現(xiàn)代愛(ài)情喜劇《都市第五季》中飾演歐克。同年，與歸亞蕾、朱旭、斯琴高娃合作在古裝電視劇《滄海百年》中飾演恭親王奕欣。同年參加愛(ài)情戰(zhàn)爭(zhēng)電視劇《軍人機(jī)密》的拍攝在劇中飾演性格內(nèi)向又非常倔強(qiáng)的張根生（賀儀生）。

2004年李光潔與陳思成、段奕宏、湯唯、王寶強(qiáng)合作電視劇《紅旗渠的兒女們》（飾肖風(fēng)）。同年攜手張豐毅、許晴、孫淳合作古裝電視劇《大清風(fēng)云》（飾多鐸）。

2005年參加大型歷史劇《越王勾踐》的拍攝在劇中飾演范蠡。同年參加電視劇《密令1949》的拍攝在劇中飾演機(jī)警、成熟的公安戰(zhàn)士焦志新。

2006年在愛(ài)情戰(zhàn)爭(zhēng)電視劇《特殊使命》中飾演一個(gè)地下工作者鞏向光（鞏渭平）。同年與張鐵林合作在大型歷史劇《北魏馮太后》中飾演北魏文成帝拓跋浚。

2007年在都市懸疑大戲《柳葉刀》中飾外科大夫李肖一。同年于焦恩俊合作在神話劇《寶蓮燈前傳》中飾演楊天佑。同年與劉燁合作出演現(xiàn)實(shí)主義劇作《我們生活的年代》，飾演天真、仗義的趙家樂(lè)。同年參加了電影《立春》的拍攝在劇中飾演黃四寶。

2008年參加純愛(ài)大劇《當(dāng)愛(ài)已成往事》的拍攝在劇中飾演亦正亦邪的衛(wèi)國(guó)。同年出演都市生活劇《尋人啟事》飾演草根青年高原。同年與萬(wàn)茜、姚安濂聯(lián)袂主演了抗日諜戰(zhàn)片《浴血記者》在劇中飾演冷言（周逸萍）。同年出演抗戰(zhàn)題材的電視劇《殺虎口》飾演擁有浪漫主義情懷的革命戰(zhàn)士白朗。同年在諜戰(zhàn)電視劇《諜影重重之上海》中飾演中共上海情報(bào)局人員向亦鵬和演諜戰(zhàn)電影《盤尼西林?1944》中的慕容軒。

2009年，李光潔與王珞丹主演電視劇《杜拉拉升職記》，飾演職場(chǎng)新貴王偉。同年，與舒暢聯(lián)袂出演大型商戰(zhàn)劇《無(wú)量天》（飾郭乘風(fēng)）。

2010年，出演年代情感劇《老馬家的幸福往事》（飾劉

坤）。同年，與秦麗主演年代情感劇《青城緣》（飾孟祥河）。

2011年3月，李光潔搭檔殷桃、吳秀波主演民國(guó)大劇《大道通天》，飾演男主角忠義商人吳皖忠。同年，與佟麗婭聯(lián)袂主演都市情感大劇《我的經(jīng)濟(jì)適用男》劇中李光潔飾演對(duì)愛(ài)執(zhí)著的IT男陳啟中。同年參加抗戰(zhàn)大戲《光榮使命》的拍攝在劇中飾演肖天宇。同年與謝霆鋒合作出演電視劇《下一個(gè)奇跡》在劇中飾演潘副總。同年執(zhí)導(dǎo)微電影《幸福速遞》，并獲2011年度“觸電”競(jìng)賽單元最佳劇情短片獎(jiǎng)以及在首屆瑪克思未來(lái)影像季中獲得“最佳微電影”，“最佳導(dǎo)演”和“最佳男演員”三項(xiàng)提名。同年出演電影《殲十出擊》在劇中飾演印雙虎。同年參加了3D驚悚電影《抓猴》的拍攝。同年4月，與鄭秀文、古天樂(lè)主演愛(ài)情電影《高海拔之戀2》，李光潔飾演的小田角色被鄭秀文癡戀，二人之間上演了一段曠世奇情。

2012年3月，李光潔與王珞丹主演電視劇《山楂樹(shù)之戀》在江蘇衛(wèi)視播出，憑借老三角色在第二屆樂(lè)視影視盛典上獲“電視劇飛躍進(jìn)步演員”獎(jiǎng)。同年參加當(dāng)代都市大劇《找北》的拍攝在劇中飾演關(guān)曉春。同年在電視劇《北京青年》中客串丁香念念不忘的前男友沈昌。同年參加電視劇《團(tuán)圓飯》的拍攝在劇中飾演男一號(hào)宋一達(dá)。同年7月，與張歆藝聯(lián)手演繹根據(jù)熱門網(wǎng)絡(luò)小說(shuō)《第三種愛(ài)情》改編的都市純愛(ài)電視劇《絕愛(ài)》，在劇中飾演癡情總裁林啟正。

2013年，李光潔與陳思成合作出演戰(zhàn)爭(zhēng)偶像大劇《戰(zhàn)神》（飾

張道平）。同年參加網(wǎng)劇《美人季》的友情出演。同年執(zhí)導(dǎo)微電影《伴你高飛》兼任監(jiān)制與旁白。同年在警匪電影《毒戰(zhàn)》中飾演廣東緝毒警陳志雄。

2014年，李光潔與殷桃出演由田沁鑫指導(dǎo)，為紀(jì)念莎士比亞誕辰450周年創(chuàng)排的話劇《羅密歐與朱麗葉》，在全國(guó)巡演七十余場(chǎng)。2014年8月，李光潔搭檔佟麗婭、朱銳、趙子琪主演都市情感劇《酷爸俏媽》，劇中飾演老板孫大雷。同年11月，李光潔搭檔張檬、倪大紅等主演都市情感劇《百煉成爹》。同年12月，李光潔搭檔馬蘇主演的電視劇《團(tuán)圓飯》在東方、江蘇、天津衛(wèi)視播出，李光潔飾演“廢柴大哥”宋一達(dá)。2014年參演由陸川執(zhí)導(dǎo)，根據(jù)小說(shuō)《鬼吹燈之精絕古城》改編的電影《九層妖塔》，飾演794局長(zhǎng)陳九陽(yáng)。

2015年5月，客串搜狐網(wǎng)絡(luò)劇《潘磕惺4》。同年8月，與朱丹、謝園主演情感劇《八九不離十》（飾李善軍）。