2008年は春にノロウイルスや巻き爪、秋には左肘痛など故障に悩まされた。6月からは打撃でアピールしてファームの上位打線や中軸を任されるようになり、6月のウエスタン・リーグ月間MVPを受賞。高卒ルーキーのウエスタン・リーグ月間MVP受賞は初めてのことである。8月にはフレッシュオールスターゲームにも出場した。2010年にはウエスタン・リーグ104試合中92試合に出場。打率.277（311打数86安打、チーム首位打者でリーグ7位）、4本塁打、30打点、21盗塁という好成績を残した。9月11日には初の一軍昇格を果たすと、9月21日の東京ヤクルトスワローズ戦でプロ初安打と初打点を記録した。2011年、4月19日の横浜ベイスターズ戦で大家友和からプロ初本塁打を打ち、4月21日の横浜戦では本塁打を含む4安打、3打点と活躍した。以降131試合に出場し、主に中堅手や右翼手として起用され、一軍に定着する飛躍のシーズンとなった。2012年、3月19日に中学1年生から交際してきた同級生と結婚することを発表。同年は前半の不調もあり、最後は前年よりも打率を上げたが、出場試合数は106試合、本塁打数は前年の9本から4本に減少した。2013年、開幕戦は二番・中堅でスタメン出場すると、シーズンを通してほぼ全ての試合でスタメン出場を果たす。序盤は打率4割台を記録し、俊足と長打を融合させた打撃スタイルを確立。前半戦終了時点で打率はチームトップを記録している。8月2日のヤクルト戦（明治神宮野球場）の5回表にはライト方向へ大きな打球を放つと、その打球がフェンスに当たって大きくハネ返った隙に激走してホームインしランニングホームランを達成。この年は打率.273、14本塁打。また、29盗塁を記録しセ・リーグ盗塁王を獲得し、初のゴールデングラブ賞も獲得した。オフの11月には台湾で行われた「2013 BASEBALL CHALLENGE 日本 VS チャイニーズ・タイペイ」の日本代表に選出された。また、カープの主力打者に成長してその活躍が認められ、背番号を「63」から緒方孝市の引退以来空き番となっていた「9」に変更することを発表。2014年、1年を通して好不調の波が少なく、全144試合に出場して打率.310、19本塁打、166安打を記録し自己最高の成績を残した。また、26盗塁を記録し、ブラッド・エルドレッドの離脱時には4番も務めるなどの活躍で、初のベストナインと2年連続のゴールデングラブ賞を獲得。リーグトップの100四球、リーグ2位の出塁率.41925を記録した。オフの10月9日に、日米野球2014の日本代表に選出されたことが発表された。背番号は「9」。2015年、開幕前の2月16日に、「GLOBAL BASEBALL MATCH 2015 侍ジャパン 対 欧州代表」の日本代表に選出されたことが発表された。3月10日の第1戦に途中出場した。3月11日の第2戦には「7番 左翼手」で先発出場した。シーズンでは全試合出場を果たした2015年シーズンは、本塁打や打点の数は前年と横ばいであったものの、月間打率が1割の月も3割の月も両方あるなど好不調の波が大きく、打率.249と3年ぶりの2割4分台を記録した。特に打撃フォームが年間通して安定しておらず、セ・リーグワーストの143三振を記録した。その一方で、四球の数はセ・リーグトップとなる94四球を記録した。10月7日に行われた中日ドラゴンズとのシーズン最終試合（マツダスタジアム）の1回裏の第1打席で、この試合で現役引退となる山本昌投手の現役最後の対戦打者となった（結果は二ゴロ）。また7月16日に第1回WBSCプレミア12の日本代表第1次候補選手に選出されたことが発表され、9月10日に第1回WBSCプレミア12の日本代表候補選手に選出されたことが発表されたが、10月9日に発表された最終ロースター28名には選出されず、代表入りはならなかった。2016年、開幕前の2月20日に「侍ジャパン強化試合 日本 vs チャイニーズタイペイ」の日本代表に追加登録されたことが発表された。オフに大幅なフォーム改造を試み、開幕から前年に比べ好成績を残す。4月30日の中日戦（マツダスタジアム）ではともに自己最多タイの1試合2本塁打（3ラン2発）・6打点を記録。7月16日のオールスターゲーム第2戦（横浜スタジアム）の3回に自身オールスター第1号のソロホームランを放った。優勝マジック2として迎えた9月8日の中日戦（マツダスタジアム）では1回裏に自己最多タイのシーズン第19号先制本塁打を左翼席に放つも、2位巨人が勝利したため本拠地での優勝はならなかった。9月10日の巨人戦（東京ドーム）でも3番・センターでスタメン出場し、この試合に勝利した広島が7度目のリーグ優勝を決めた。9月17日の中日戦（マツダスタジアム）の8回裏に自己最多となるシーズン第20号本塁打を放った。チームは25年ぶりに日本シリーズに出場し、北海道日本ハムファイターズと対戦。自身は第6戦（マツダスタジアム）の5回にソロ本塁打を放つも、2連勝のあとに4連敗を喫し、2勝4敗で32年ぶりの日本一を逃した。最終的に3年連続全試合出場を果たし、打率.291、162安打、90打点、20本塁打を記録。チーム25年ぶりのセ・リーグ優勝に大きく貢献し、2年ぶり2度目のベストナイン、4年連続4度目のゴールデングラブ賞を受賞した。2017年、6月16日の交流戦・福岡ソフトバンクホークス戦（マツダスタジアム）で1回裏、4回裏、6回裏に全て逆方向への3打席連続本塁打を放った。広島所属選手の3打席連続本塁打は2012年5月8日阪神戦（HARD OFF ECOスタジアム新潟）のニック・スタビノア以来、史上5人目（6度目）。7月6日の巨人戦（マツダスタジアム）の3回裏にセンターへ同点ソロホームランを放ち、プロ入り通算100号本塁打を達成。セ・パ交流戦では全18試合に出場し、そのうち17試合で安打を記録する活躍を見せ優秀選手賞に選出。さらに打率.411でセ・リーグでは3年ぶり、球団史上初の交流戦首位打者となった。6月は21試合で打率.402、6本塁打、22打点という好成績でプロ入り初の月間MVPを受賞した。全143試合に出場、打率.308、92打点、23本塁打を記録し、不動の3番・センターとしてチームのセ・リーグ2連覇に貢献した。他にも 最多安打のタイトルとなる171安打、109得点、13盗塁、出塁率.398、長打率.505、OPS.903という好成績を残し、2年連続3度目のベストナインと5年連続5度目のゴールデングラブ賞を受賞。さらに、286票中196票の1位投票を得てセ・リーグの最優秀選手に初選出された。広島の選手が最優秀選手賞を受賞するのは8度目（7人目）。2018年、4月28日の阪神戦（マツダスタジアム）の5回表にセンター前への打球を飛び込んで好捕した際に右足を地面で強打。広島市内の病院で右ハムストリング筋挫傷と診断され、開幕から25試合で打率.312、5本塁打、16打点、さらにリーグトップの出塁率.530と絶好調の中で登録抹消された。故障による登録抹消はプロ11年目にして初であり、また2013年5月20日のロッテ戦から続く連続出場は700試合で、2015年6月9日の西武戦から続いていた連続先発出場は397試合で途切れた。5月25日に一軍に再登録され、翌26日の中日戦（マツダスタジアム）で9回裏に代打で出場し復帰。6月8日の東北楽天ゴールデンイーグルス戦では3番・センターで先発して史上492人目の1000試合出場を達成、3回裏にはホームランを放ち記録に花を添えた。6月30日の横浜DeNA戦で4回表にセンター前ヒットを放ち史上293人目の通算1000本安打を達成、球団では22人目で5番目の年少記録となった。8月26日、中日戦（マツダスタジアム）の5回裏にシーズン第30号となる本塁打を右翼席に放った。年間30本塁打到達は自身初で、広島の選手では2014年のブラッド・エルドレッド（37本）以来4年ぶり、広島の日本人選手に限ると2005年の新井貴浩（43本）、前田智徳（32本）以来13年ぶり。最終的に本塁打王は逃したものの、1974年の王貞治以来44年ぶりとなる史上2人目のシーズン130四球（歴代4位）を記録するなどの活躍で、自身初の最高出塁率のタイトルを獲得した。3年連続4度目のベストナイン、6年連続6度目のゴールデングラブ賞を受賞。さらに、294票中241票の1位投票を得てセ・リーグの最優秀選手に2年連続で選出された。一方でシーズン終盤から日本シリーズにかけては、本塁打王を意識して本塁打を狙った結果絶不調に陥り、日本シリーズでも12三振と、丸の不調が広島の日本シリーズ敗退の一因にもなった。2018年11月7日、国内FA権の行使を表明。読売ジャイアンツと千葉ロッテマリーンズが獲得に名乗りを上げる一方、広島球団もFA権を行使したうえでの残留を認め慰留した。11月29日、FA権行使により読売ジャイアンツへの移籍を表明。12月11日、NPBから公示される。