2009年木幡龙参演由刘烨、高圆圆、范伟、秦岚主演，陆川执导的电影《南京！南京！》，影片中饰演冷漠残酷的日军高级军官伊田。

2010年参演由柳云龙执导的谍战题材电影《东风雨》饰演失野慎一，改走儒雅风格；后加入由刘伟强执导，甄子丹、黄秋生、舒淇、黄渤等演员主演的动作电影《精武风云》饰演甄子丹的劲敌、日军暗杀团首领“力石猛”。

2012年木幡龙在华谊兄弟公司和重庆电影集团联合出品，由冯小刚执导，张国立、陈道明主演的年度大片《一九四二》中饰演日军联队长；7月参演由北京光线影业有限公司出品的武侠电影《四大名捕》，剧中饰演六扇门捕头岑冲；同年9月加入以1894年清末中日甲午海战为背景的电视剧《铁甲舰上的男人们》，在剧中饰演前川次郎。

2013年参演由傅华阳执导，邹兆龙、余男、释延能等人主演的影片《铁血娇娃》剧中饰演职业拳击手、国际雇佣军首领黑龙；后又在内地青年导演管虎执导，刘烨、张涵予、黄渤主演的动作喜剧片《厨子戏子痞子》中扮演日本指挥官。

2014年8月先是主演由郭靖宇和柏杉执导的战争片《勇敢的心》中饰演赤本；9月参演陈晓明导演执导的电影《暗镜》饰演K角色；后在吴毅担任总制片人，简川訸执导的谍战悬疑剧《王大花的革命生涯》中饰演青木正二；10月参演年度大戏《红高粱》剧中饰演狡猾多变的日本指挥官冢本浩二。11月木幡龙加入由新星集团出品的大连原创电影《半岛行动》团队，变身搞怪侠客上演一出笑料百出的追爱行动。

2015年年初参演张东东执导，郝岩编剧，刘恩佑、吕一、何明翰、寇振海主演的大型动作传奇电视剧《刀光枪影》（原名：大道天行），剧中木幡龙饰演目光冷峻凌厉，显得英武不凡的秋山和夫。

2015年5月，出演35集大型抗战史诗大剧《宜昌保卫战》。

2016年10月17日，参演电视剧《欢喜密探》上线播出。