Peran utama Pitt berikutnya tampil pada 2009 dalam film perang garapan Quentin Tarantino "Inglourious Basterds", yang tayang perdana di Festival Film Cannes 2009. Pitt berperan sebagai Letnan Aldo Raine, seorang pejuang pemberontakan Amerika melawan pasukan Nazi di Prancis yang diduduki Jerman. Film tersebut adalah sebuah hit box office, meraih $311 juta di seluruh dunia, dan umumnya meraih ulasan positif. Film tersebut meraih berbagai penghargaan dan nominasi, termasuk delapan nominasi Oscar dan tujuh nominasi MTV Movie Award, termasuk Penampilan Laki-laki Terbaik untuk Pitt. Ia kemudian mengisi suara karakter pahlawan super Metro Man dalam film animasi tahun 2010 "Megamind". Pitt memproduksi dan membintangi film drama eksperimental garagan Terrence Malick "The Tree of Life", di mana ia beradu peran dengan Sean Penn, yang memenangkan Palme d'Or di Festival Film Cannes 2011. Dalam penampilan yang meraih pujian besar, ia memerankan jenderal manajer Oakland Athletics Billy Beane dalam film drama "Moneyball", yang berdasarkan pada buku tahun 2003 bernama sama yang ditulis oleh Michael Lewis. "Moneyball" meraih enam nominasi Oscar termasuk Film Terbaik dan Aktor Terbaik untuk Pitt.