2011年3月，遠赴西藏、尼泊爾等地拍攝寫真集，發行第三本個人寫真集《印·馬天宇·西區》。 2月7日參加中央衛視 《2011年文學藝術界新年聯歡》，演唱《甜蜜蜜》。2012年6月，主演的都市偶像劇《寶貝媽媽寶貝女》在湖南衛視首播 ，於6月15日奪得全國衛視黃金時段電視劇收視冠軍，他在劇中飾演男主角“腹黑男”章漢哲 。2013年，參演喜劇電影《百萬愛情寶貝》，並獲得第四屆樂視盛典年度電影最具潛力男演員獎；12月21日，在發行了第四張個人專輯《世界之外》；同月，與鄭爽合作出演古裝劇《美人私房菜》。2014年6月，主演的古裝推理懸疑偶像劇《少年神探狄仁傑》播出 ，飾演王元芳，因翩翩佳公子形象俘獲大批粉絲 ；7月，與李易峯、楊冪等人聯合主演的仙俠魔幻偶像劇《古劍奇譚》在湖南衛視首播，他在劇中飾演方蘭生/晉磊 ；10月，發行了個人首本寫真旅行日記《轉機》。
2015年3月，擔任挑夫的東方衛視明星真人秀旅行節目《花樣姐姐》播出 ，並演唱主題曲《讓時光在微風中倒流》 ；與劉濤合作主演婚姻情感劇《淘婚記》開機；12月18日，與白客、楊子姍等聯合主演的喜劇電影《萬萬沒想到》公映，詮釋了一個守護一方百姓的“英雄”慕容白。2016年2月7日，首次登上央視春晚，與郭冬臨、關曉彤、劉亞津等人合作出演小品《是誰呢》；5月，聚男小編視頻綜藝《放開我北鼻》播出；6月，搭檔鄧家佳、陳偉霆主演的都市愛情劇《緣來幸福》在深圳衛視播出；7月，出演的玄幻小說改編劇《幻城》在湖南衛視播出，飾演櫻空釋/罹天燼。
一直以健康、快樂的形象深入人心的馬天宇，背後隱藏着不爲人知的坎坷經歷。清澈的眼睛背後，飽嘗了痛苦的煎熬。正是因爲擁有大多數同齡人沒有的坎坷經歷，才鑄就了馬天宇的性格：質樸、自強、謙虛。他身上的每一個細節之處都透露出他對事業的執着與努力。馬天宇真的很懂事，IQ和EQ都很高，做事方法會收斂，懂拿捏分寸，也許是因爲他經歷過逆境，知道自己想要什麼，我覺得他可以走的比較長久，可塑性比較強。
