Nel 2010 doppiò il film d'animazione "Megamind", diretto da Tom McGrath, e fu inserito da "Forbes" al nono posto nella classifica degli attori più pagati al mondo con un guadagno di 20 milioni di dollari. L'anno successivo apparve nel film "The Tree of Life" di Terrence Malick, insieme a Sean Penn e Jessica Chastain. Il film fu presentato alla 64ª edizione del Festival di Cannes vincendo la Palma d'oro. Sempre nello stesso anno recitò nel film "L'arte di vincere" di Bennett Miller, dove interpreta Billy Beane, ruolo che gli fece guadagnare una candidatura sia agli Oscar sia ai Golden Globe del 2012. Aveva anche accettato di interpretare un esploratore britannico in cerca di una misteriosa civiltà amazzonica in "Civiltà perduta", basato sul libro di David Grann e prodotto dalla Paramount, ruolo che in seguito rifiutò. Nel 2012 fu protagonista del film "Cogan - Killing Them Softly". La pellicola venne presentata in anteprima, e in concorso, alla sessantacinquesima edizione del Festival di Cannes, e Pitt interpreta il ruolo di un sicario professionista chiamato a investigare su una rapina a una partita di poker protetta dalla mafia. La trattativa per questo ruolo fu molto breve, infatti il regista Andrew Dominik pensò subito a Pitt come possibile protagonista, e lo contattò chiedendogli se fosse interessato tramite un SMS, e l'attore rispose di "Sì". Sempre nel 2012 recita in "8" di Rob Reiner.