Pattinson'ın 2008'de yayınlanan bir diğer projesi "How to Be", Oliver Irving tarafından yazılan ve yönetilen düşük bütçeli bir komedi ve drama filmiydi. Paul Morrison'ın yönettiği bir "Little Ashes" filminde ressam Salvador Dalí'yi canlandırdı. "Love &amp; Distrust" adlı bir antoloji filminin bir parçası olarak yayınlanan "The Summer House" isimli kısa filmde oynadı. 12 Mart 2010 tarihinde vizyona giren "Beni Unutma" filminin yönetici yapımcılığını ve başrolünü üstlendi. Bir yıl sonra Sara Gruen'in romanından uyarlanan "Aşkın Büyüsü"nde Reese Witherspoon ile başrolleri paylaştı. Ayrıca 1885 romanı "Bel Ami"nin film uyarlamasında Georges Duroy'u canlandırdı. Ardından David Cronenberg'in yönettiği "Cosmopolis" filminde rol aldı. Film, 2012 Cannes Film Festivali'nde Altın Palmiye için yarıştı. Mayıs 2014'te, Pattinson'ın iki filminin prömiyeri 2014 Cannes Film Festivali'nde yapıldı: David Michôd'un western filmi "Takip"te Guy Pearce ve Scoot McNairy ile birlikte çalıştı. Aynı zamanda Cronenberg ile "Yıldız Haritası"nda yeniden bir araya geldi. 2015'te Werner Herzog'un Gertrude Bell'i konu alan "Çöl Kraliçesi" adlı filminde Nicole Kidman ve James Franco ile birlikte rol aldı. Daha sonra Anton Corbijn'in "Life" filminde, "Life" dergisinin fotoğrafçısı Dennis Stock olarak göründü; film, aktör James Dean ve Stock arasındaki dostluğu konu almaktadır. "Bir Liderin Çocukluğu" filmini takiben 2016'da Pattinson, James Gray'in yönettiği Paramount Pictures ve Plan B Entertainment'ın "Kayıp Şehir Z" uyarlamasında oynadı. Galası New York Film Festivali'nde gerçekleştirilen filmde Pattinson, İngiliz kaşif Onbaşı Henry Costin karakteri için uzun sakal bıraktı ve yaklaşık 16 kilo verdi.