2007年,李东学和杨幂、寇世勋等人合作历史剧《大秦直道》,李东学其中饰演“蒙毅将军”一角。同年,他参演由何润东、胡歌、彭于晏领衔主演的电视剧《少年杨家将》饰演杨大郎杨延平。
2010年,李东学在辛亥革命百年纪念电影《辛亥革命》里出演载沣,并出演陈凯歌执导的电影《赵氏孤儿》里的提弥明。
2012年3月,古装清宫剧《甄嬛传》在安徽卫视和东方卫视上星播出,李东学饰演“果郡王”,迎来了事业上的首个高峰,凭借在热播剧《甄嬛传》中的表现,荣获“2012国剧盛典年度最佳新人”大奖。同年,李东学接拍了电影《许海峰的枪》,出演男一号许海峰,凭借《许海峰的枪》获得第14届中国电影表演艺术学会奖(金凤凰奖)“新人奖”。