2002年9月,参与拍摄顾晓阳执导的怀旧生活剧《花开也有声》,在剧中饰演猴子。
亮剑剧照2005年7月20日,与霍思燕,郑国霖,蒋欣主演的古装神话剧《
欢天喜地七仙女》在上海电视台电视剧频道黄金档首播,在剧中饰演黑鹰;9月12日,参演张前,陈健执导,李幼斌,张光北,何政军主演的战争题材剧《亮剑》在中央电视台综合频道黄金档播出,因在剧中饰演魏大勇一角为观众熟知;同年,在董志强执导,刘小锋,李光洁主演的悬疑剧《
密令1949》中饰演山本。张桐2006年4月,在张前,陈健执导,孙淳,盖丽丽,王新军主演的战争剧《
中国近卫军》中饰演夏若女,该剧于2007年4月27日在山东电视影视频道黄金时段播出;10月底,到云南西双版纳拍摄根据小说《傣之梦》改编而成的电视剧《
世纪不了情》,在剧中饰演埃桑。2007年3月,在四川绵阳参与农村题材剧《
衣食父母》的拍摄,在剧中饰演村支书李灵聪;7月,在李幼斌,张光北主演反映第五次反围剿的电视剧《
仁者无敌》中饰演王亚竹,该剧于2008年2月1日在重庆电视台影视频道巴山剧场首播;11月,在四川省泸州市拍摄黄健中执导的战争剧《
雾柳镇》,在剧中饰演土匪黑狗和汉奸宝子。2008年3月,在北京怀柔飞腾影视城拍摄励志商业剧《
一代大商孟洛川》,在剧中饰演男主角孟洛川,该剧于2009年12月5日在人民大会堂举行媒体见面会,2009年12月11日在CCTV8黄金档首播;8月,在王茜华,苗圃,董璇主演的历史剧《
闯关东中篇》中饰演成年宋天虎,该剧于2009年8月17日在北京卫视,浙江卫视黄金档同步首播。2009年4月,在浙江横店影视城拍摄近代革命剧《
虾球传》饰演蟹王七,该剧于2010年3月11日在济南电视台新闻频道首播;同年,在中国影视基地出演陈数,巍子,张少华主演的抗日年代剧《
铁梨花》,在剧中饰演牛旦;5月,在浙江横店影视城参演近代传奇剧《
红槐花》,该剧于2011年6月27日在安徽卫视黄金档首播,凭借程牛儿一角入围南方盛典最佳男主角;8月11日,在江西南昌参与拍摄青春励志剧《真情真义》;12月初,在福建厦门与曹曦文,袁珊珊,关思婷主演情感伦理剧《
野鸭子》,在剧中饰演杨顺,于2011年1月17日在CCTV8首播,该剧获得第十一届中日韩电视制作者论坛观摩作品大奖。张桐
野鸭子2010年3月,在贵州省大方县拍摄历史剧《
奢香夫人》,在剧中饰演马烨;7月18日,在四川攀枝花拍摄《
金沙》;10月,在浙江横店影视城拍摄谍战剧《
黄金密码》,在剧中饰演周剑雄,该剧于2011年12月24日在上海电视台新闻综合频道黄金档播出。2011年3月,在山东潍坊与童瑶,姜超共同拍摄《年画》,在剧中饰演杨德龙;6月,在四川省泸州市与苏岩,卢星宇出演战争情感剧《
川西剿匪记》,在剧中饰演周致斌;8月,在山西太原与李沁,李金哲主演抗日战争剧《晋阳秋》,在剧中饰演郭松;10月,与范伟主演近代革命剧《
上阵父子兵》,在剧中饰演乔群。张桐《
一个和八个》剧照2012年5月,在北京参与拍摄家庭剧《
家事也是事》,在剧中饰演马文杰,该剧于2013年1月18日在北京电视台影视频道首播;同年,再次与曹曦文合作主演情感伦理剧《野鸭子2》。2013年8月,在山东济南拍摄抗战剧《一个和八个》,在剧中饰演王金;12月23日,领衔主演的“民族文化”抗战电视剧《
大掌门》播出。2014年,出演苗圃,王雅伦,刘钇彤主演的谍战剧《
孤战》,在剧中客串党卫国。2015年1月,领衔主演革命传奇剧《我和妈妈走长征》;5月24日,出演的电视剧《
致命行动》在北京影视频道播出;7月,领衔主演年代传奇喜剧《二毛驴从军记》,在剧中饰演“二毛驴”马大虎;12月,主演战争剧《
红色护卫》。2016年,参演三十集电视连续剧《
绝命后卫师》;10月12日,联合杨若兮主演闫宇彤执导的红色年代传奇剧《
星火燎原之云雾街》,在剧中饰演茶世家的二少爷卢人杰。2017年5月,做客广播节目《电波光影》;5月,和于明加参加《
和明星去旅行》环澳第三季。《欢乐中国人2》2018年,凭借主演的《绝命后卫师》获得第31届中国电视剧飞天奖优秀男演员奖,成为首位获得飞天奖优秀男演员奖的80后男演员。2019年10月16日,领衔主演的电影《
打过长江去》在全国上映;12月26日,与彭冠英,王乐君,潘雨辰主演的革命历史剧《
绝境铸剑》在中央电视台综合频道首播,在剧中饰演双男主之一李化成。2021年1月21日,主演的当代涉案剧《枫桥派出所的故事》在诸暨枫桥开机;2月1日,与于和伟,侯京健,马少骅领衔主演的重大革命历史题材剧《
觉醒年代》在央视一套黄金档播出,在剧中饰演李大钊;4月18日,领衔主演的近代革命历史剧《
绝密使命》开播,在剧中饰演大埔青溪中站站长潘雨青;5月25日,出演的重大革命历史题材剧《
光荣与梦想》在北京卫视,东方卫视及腾讯视频,爱奇艺,优酷同步播出;7月1日,参加的庆祝中国共产党成立100周年文艺演出《
伟大征程》播出,与于和伟,刘烨,白宇,邓伦,宋轶,杨洋,李现,杨紫等合作表演《
破晓》;9月12日,在中央广播电视总台大型文化节目《
典籍里的中国》第九期中饰演中青年老子。10月,在话剧《直播开国大典》中出演主要角色;12月主演革命战争历史题材剧《
人间正道是沧桑》,饰演杨立青;12月25日消息,中国国家话剧院院长田沁鑫曾透露,剧院引进了张桐等演员进入中国国家话剧院工作。2022年7月30日,由完美世界影视出品,著名导演白涛执导,张桐主演的《九个弹孔》当天在红安县正式开机;11月4日,以表演嘉宾身份出席第14届中国金鹰电视艺术节开幕式暨文艺晚会。2023年2月12日,张桐领衔主演的电视剧《战旗如画》在山东省沂南县举行开机仪式。7月1日,张桐领衔主演的电影《
力量密码》全国上映。9月28日,主演的电影《
浴血无名·奔袭》上映。杂志拍摄