2003年3月，出演改编自
张恨水同名小说的电视剧《
金粉世家》，孙霆饰演的进步青年公子谢玉树代表着先进的思想，敢爱敢恨，和
舒畅饰演的八妹
金梅丽的爱情故事是整部剧的幸福篇章，该剧夺得
中央电视台年度收视冠军。
2005年6月，出演由李平执导，
周杰、
金巧巧主演的爱情电视剧《爱情从天而降》，孙霆饰演年轻帅气对爱情认真执着的酒吧歌手阿刚。
2008年3月，出演由
龚艺群导演，
中央电视台中国电视剧制作中心出品的古装电视剧《
大明奇才》，剧中孙霆饰演明朝皇帝建文帝
朱允炆。同年5月，出演电影《日头》中周小伟一角。7月，主演电影《
约定喀纳斯》，影片中饰演才华横溢却感情失意的作曲家
男一号林燃。
2009年1月，出演由
何冰、
牛莉、
李明启等主演的
家庭伦理剧《
家里家外》，剧中孙霆扮演凶狠嚣张的黑帮头目小丰。同年4月，出演
刘仕裕、郑基成导演，由
郑少秋、
郭冬临、
袁弘等主演的古装喜剧《
神医大道公》，中饰演童铭。10月，主演具有浓厚的
临川乡土特色电影《刘敞亮还乡》，孙霆饰演林鸿。
近距离与孙霆接触，感觉到了他细腻亲和的一面；这是一种存在距离感的亲和，也许是有着丰富的经验使然，这种经验可能来自他的独特的生活经历，但是他只是淡淡一笑；在他略带一点稚气的笑容后面，似乎总有一种诱惑力量，让人希望了解他更多。