2002年在李亚鹏、周迅版的《射雕英雄传》中黄小蕾饰演惟妙惟肖、以假乱真的“傻姑”；2003年在林志颖、胡军、刘亦菲版的《天龙八部》中饰演西夏国婢女；2004年在《铁齿铜牙纪晓岚3》中饰演常四以及在《风筝奇缘》饰演一往情深的“野蛮女友”吉祥。   

2005年由刘亦菲、黄晓明等主演的古装武侠剧《神雕侠侣》上映，黄小蕾继续饰演傻姑一角。2006年播出的古装章回体喜剧《武林外传》播出，该剧打败2005年冠军《京华烟云》成为2006年年度收视冠军剧集，黄小蕾饰演慕容嫣一角；2006年黄小蕾主持安徽卫视节目《超级大赢家》正式踏入主持界。

2007年黄小蕾出演高希演的年代抗日剧集《光辉岁月》饰演雪凌；黄小蕾主演的电影《天下第二》上映，黄小蕾饰演女主角艳玲，并凭借该片获得第十五届大学生电影节的最佳新人奖。2009年黄小蕾主演的古装武侠戏电影《皇家刺青》上映，该片获得美国洛杉矶兴办的中美电影节上获得“金天使-最佳影片奖”。

2010年黄小蕾参演徐峥、王宝强主演的喜剧《人在囧途》。2011年《钱多多嫁人记》在湖南卫视播出，黄小蕾饰演赵圆圆。2012年黄小蕾在电影版《我爱灰太狼》中饰演女一号红太狼，该片票房首日破千万，成为2012奶奶暑期档单日票房最高纪录。 

2013年由黄小蕾、黄渤、张涵予、刘烨等主演的电视剧《火线三兄弟》播出，黄小蕾饰演女主角宋雅娟；4月份黄小蕾参演赵薇执导的电影《致我们终将逝去的青春》，饰演林静室友的女友一角。

2014年7月6日，黄小蕾与老公刘磊举办婚礼，黄小蕾老板张国立担当证婚人。黄小蕾在拍剧期间相亲遇到现在的老公，二人认识38天就登记了。其实俩人领证多时，直到7月份才补办婚礼。截止7月6日，黄小蕾已经怀孕4个多月。

黄小蕾坦言看中的是对方的踏实，“以前我想法也很现实，要嫁入豪门，后来觉得你如果生不出儿子，也挺惨的。”此外，她幸福地表示带过老公给老板张国立看过，“邓婕也在，他们教他怎么做模范老公，说男人在家庭中永远没有赢的时候，吵架是无意义的