主演朝日电视台的电视剧《明日香高工进行曲》，为初次主演作品。2011年12月，以单曲《恋爱心情》进军乐坛，并成为Gucci日本区首位代言人。2012年，首次出演「大河剧」，在《平清盛》里演出平安时代的美人「常盘御前」一角，以及主演朝日电视台的《W的悲剧》，首次挑战一人分饰两角，演出获得好评。同年8月24日，结束了5年9个月担任杂志《Seventeen》专属模特儿的工作。自2012年的《W的悲剧》之后，至2016年，武井一共接演11部连续剧，其中9部为主演。2017年，接拍松本清张知名的《黑色笔记