2009年6月14日，参演由李诚儒、王志强、李伟联合执导的电视连续剧《龙须沟》首播，该剧改编自老舍先生的话剧作品《龙须沟》，剧中饰演小妞子，年少的她演绎这个角色显得尤为可爱。同年参演《秘密列车》。
2010年7月22日，参演由著名导演冯小刚执导的灾难电影《唐山大地震》上映，剧中饰演童年的方登，其出色的演技得到了剧组及观众的认可，冯导更是对其赞叹有加，并凭借该角色获得第31届大众电影百花奖最佳新人奖。11月22日，参演由李文龙执导的家庭伦理剧《你是我的生命》在浙江、山东、天津、陕西卫视四台联播，剧中饰演童年时期的南冰洁。
2011年4月14日，参演由澄丰执导的都市情感剧《妈妈我爱你》于浙江经视首播，剧中饰演小章瑶。7月19日，与王宝强、陶虹等主演由黄文利和张景坤执导年代情感剧《我的父亲是板凳》，剧中饰演红儿，将角色的那种孤苦伶仃感觉完美的呈现了出来，深深的感染了每一个观众，大眼睛中透露出的无助眼神仿佛看在了每一个人的心理。
2012年5月3日，参演由杨阳执导，六六编剧的医疗题材电视剧《心术》，剧中饰演可爱的南南。
8月13日，与张国强、姜宏波主演由扈耀之执导的家庭情感剧《顾乐家的幸福生活》在江西卫视播出，剧中饰演古灵精怪的顾乐，从孩子的角度演绎了面对父母离异的悲伤故事。并凭借该角色获得2012年度江苏卫视最具潜质奖。
2013年3月20日，与马雅舒、斌子主演由澄丰导演执导的亲情电视剧《幸福绽放》在上海电视剧频道首播，剧中饰演一位乖巧、懂事却被命运无情摧残的悲情女孩夏霏，其真情、自然的表演直戳观众心窝，多次引得观众落泪。7月30日，客串出演由王勇执导宁财神编剧的古代职场喜剧《龙门镖局》在安徽卫视、东方卫视、湖北卫视和天津卫视四大卫视联合首播，剧中饰演小雪绒。8月13日，参演由潘安子执导的爱情古装电影《宫锁沉香》全国公映，首次出演古装扮相，剧中饰演少年时代的沉香。23日，与徐峥主演由邵晓黎、杜鹏执导的喜剧电影《摩登年代》与中国上映，剧中饰演天真可爱的小女孩丢丢。27日，参演由柯翰辰执导得情感励志剧《璀璨人生》在湖南卫视金鹰独播剧场首播，剧中饰演童年时代的余非，将角色可爱又可怜的感觉演绎得淋漓尽致，凭借清纯的外形和出色的演技被赞“中国版文根英”。
2014年4月8日，参演由斗琪执导的家庭情感剧《老爸回家》在江西卫视播出，剧中饰演霍聪。25日，与周冬雨合作主演由郭帆执导的青春爱情电影《同桌的你》在中国大陆首映，剧中饰演少年时期的周小栀。该影片票房最终突破4.5亿，，不仅在此次的大学生电影节上票房口碑双丰收，张子枫在片中表现也受到大家的一致好评，并凭借少年周小栀一角入围中国电影导演协会2014年度表彰大会年度女演员。同年参与制作3D电脑动画科幻电影《天才眼镜狗》，配音角色潘妮·彼特森Penny Peterson。
2015年4月9日，与王霏、侯梦莎主演由黄文利执导的近代革命剧《使命召唤》在江苏综艺频道首播，剧中饰演风满堂员工小核桃，首次出演侠女挑战打戏便能将此风范表现的淋漓尽致。12月31日，与王宝强、佟丽娅等主演由陈思诚执导的悬疑喜剧《唐人街探案》在中国大陆上映，剧中饰演神秘腹黑少女思诺，其神秘一笑让她红遍网络，剧照被广为流传。
2016年4月29日，参演由叶伟民执导的惊悚恐怖电影《魔宫魅影》上映，剧中饰演小孔兰。同月与姜潮等主演由张家辉监制的青春爱情电影《岁月忽已暮》开机拍摄，该片改编自绿亦歌同名小说，剧中饰演女主角姜河。8月15日，主演由汪俊执导的都市家庭情感剧《小别离》在北京卫视、浙江卫视首播，再度与海清合作，剧中饰演童文洁（海清 饰）的女儿方朵朵。7月，参与拍摄励志青春电影《李雷与韩梅梅》。
