张一山经纪公司经纪人13240000508出演《家有儿女4》继续饰演刘星一角，至此家有儿女系列四部作品完结 [13]  ；同年，出演由尚敬执导的情景喜剧《妙想天开》，饰演阿甘一角；同年，在《生于80后》之中饰演了一个十七岁的少年刘刀。因为父亲去世，不得不由父亲的小妻子安雯充当他的监护人，两个人互相看不顺眼，却意外地在磕磕绊绊之中酝酿出了亲情 [14]  。

2008年，出演由林浩然执导的少年励志电影电影《扣篮对决》，在影片中饰演篮球队队员猴子，该片是张一山拍摄的首部电影作品 [3]  。

2009年，与成龙共同主演儿童电影《寻找成龙》 [4]  ，张一山饰演了一个因喜爱武术而去寻找成龙学功夫的少年，该片所有武打戏份张一山均亲自完成，没有用替身；同年，与《家有儿女》原班人马共同出演儿童剧《不想长大》 [15]  。

2010年，客串情景喜剧《圆圆的故事》；同年11月，文隽、叶伟民执导的功夫片《李小龙我的兄弟》上映，张一山在剧中饰演刘连光一角 [16]  。

2011年7月，参加东方卫视综艺节目《舞林大会》，并在10月9日的决赛中获得冠军；同年9月，在为庆祝中国共产党建党九十周年而制的历史题材影片《建党伟业》中饰演中国共产党的创始人之一的邓恩铭 [17]  ；同年，参演灾难剧情片《南方大冰雪》饰演杨华华一角；同年与蒋小涵合作，出演剧情片《篮球公园》 [18]  。

2012年6月，再度与杨紫合作，在电视剧《老爸回家》中饰演高贺；同年7月，出演首部时装剧《星光都市2》，在剧中饰演有梦想又有艺术气质的周浩；同年11月，参演讲述80后父母辈爱情故事的电视剧《最爱·你》 [19]  ；同年，参演都市爱情电影《三个未婚妈妈》；随后出演战争题材儿童剧《小小飞虎队》，该剧讲述了抗日战争时期小小飞虎队的故事