2011年获无线邀请回巢拍摄《结·分@谎情式》。张兆辉的电影作品多是在2000年后才较多，比较有名的是杜琪峰执导的《大只佬》、《大事件》、《黑社会》、《黑社会以和为贵》、《放·逐》等电影。2004年至2005年获提名第23届香港电影金像奖及第10届香港电影金紫荆奖「最佳男配角」。而2014年的《恐怖在线》便令张兆辉荣获两个美国影展的最佳男主角殊荣，首当电影第一男主角即成为双料影帝。2017年，他加入邵氏兄弟和拍摄剧集《飞虎之潜行极战》。2019年12月，他在《2019第十一届澳门国际电影节》中凭电影《催