演《空中急诊英雄第二季》（月9）。年中与生田斗真拍摄电影《花水木》，其间新垣结衣到加拿大、纽约等地取境。为配合电影而推出书籍《The Three Little Pigs》，此书籍由她亲自绘画。同年推出第三张专辑《虹》，当中收录了自己主演电影《花水木》的主题曲，其中两首歌为她本人亲自填词。2011年，秘密拍摄推理电影《麒麟之翼～剧场版·新参者》，与阿部宽共演，也是继2005年《东大特训班》后再次合作。7月11日，初次主演连续电视剧《全开女孩》（月9）开播，相隔一年再推出新作。同年接拍由日本电视台改编自日本