Styles, ilk film oyunculuğunu Christopher Nolan'ın savaş filmi Dunkirk'te Temmuz 2017'de, II. Dünya Savaşı'ndaki Dunkirk tahliyesinin bir parçası olan Alex adlı bir İngiliz askerini canlandırarak yaptı. Fionn Whitehead, Tom Glynn-Carney, Jack Lowden, Kenneth Branagh, Cillian Murphy, Mark Rylance ve Tom Hardy'yi içeren bir oyuncu kadrosunun yanında rol aldı. Styles, rol için "binlerce genç adamı" yendi; Nolan daha sonra şöhretinin boyutunun farkında olmadığını ve Styles'ın "parçaya harika bir şekilde uyduğu ve gerçekten masada bir yer kazandığı için" seçildiğini söyledi. "Daily Telegraph" film eleştirmeni Robbie Collin, Styles'a "parlak, mahkum ve beklenmedik bir şekilde hiç de sarsıcı olmayan performansı" nedeniyle övgüde bulundu.