電視劇《臥底》（又名《生死臥底》）由田鎮、楊小波執導，李小萌、張曉龍、許一琦、普超英、關新偉、徐雷智等人出演。李小萌飾演的魏次芳，是一個從刑警學院畢業的偵查員，魏次芳在與師傅劉隊執行第一次任務時，親眼看到師傅犧牲，這給年輕的她留下陰影。上級給她安排了新的接頭人，稱爲“老闆”，在老闆的帶領下，她一次又一次完成各種任務，但這些只是一些小熱身，更大的任務即將到來。老闆讓魏次芳化名姜海燕潛入鴻福集團，得到賬本。魏次芳去珠海，潛入老邊的色情網組織。她扮成女囚接近目標阿苦，在獄中替阿苦頂罪，兩個人成爲患難之交。魏次芳通過各種考驗，再一次染上毒癮，終於獲得老邊信任，成爲老邊的乾女兒。最終魏次芳戒毒成功後，終於成爲一名真正的警察。
很多觀衆最初認識李小萌是因爲她14歲就闖進了青歌賽總決賽，也因年齡太小引發爭議，參賽者年齡重新劃定爲16歲。此後她不僅在16歲再次闖進青歌賽總決賽，還參演了不少影視劇。除了《臥底》，她還參演了《愛你一世一生》，她演技不俗，兩姐妹的形象在她的詮釋下飽滿而生動，李小萌說“對我來說，唱歌是擅長，表演更有挑戰性。我越演越覺得自己什麼都不是。這兩年進了中戲，我對錶演認識有了昇華。”
李小萌憑藉《誰說我不在乎》獲得第21屆金雞獎最佳女配角提名。2003年，獲得第4屆金鷹新秀大賽新秀與最受媒體關注獎 。2006年，憑藉喜劇《我不是女生》獲得第5屆廣州大學生電影節最受歡迎新人獎，2014年3月，出演改編自路遙的同名小說的電視劇《平凡的世界》，憑藉話劇《第一次的親密接觸》獲得了首屆北京優秀小劇場劇目展演優秀表演獎以及第三屆壹戲劇大賞新銳女演員獎提名。
