Jabarkan Kelanjutan karier akting dari Joseph Gordon-Levitt

Gordon-Levitt mengatakan bahwa dia membuat keputusan sadar untuk "berada di film yang bagus" setelah kembali berakting. Film-filmnya termasuk film drama Manic tahun 2001 yang berlatar di rumah sakit jiwa, Mysterious Skin (2004) di mana ia memerankan seorang pelacur gay dan korban pelecehan seksual anak dan Brick (2005), sebuah film noir modern yang berlatar di sebuah SMA. Di Brick ia memiliki peran utama sebagai Brendan Frye, seorang remaja yang terlibat dalam jaringan narkoba bawah tanah saat menyelidiki pembunuhan. Brick menerima ulasan positif. Ulasan lain menggambarkan kinerja Gordon-Levitt sebagai "menakjubkan". Dia berperan sebagai misionaris muda di film Latter Days (2003), sebuah film yang berpusat pada misionaris Mormon yang tertekan secara seksual yang jatuh cinta pada tetangganya yang gay. Dia juga memiliki peran dalam film Havoc dan Shadowboxer.

Peran berikutnya adalah di film The Lookout tahun 2007 di mana ia berperan sebagai Chris Pratt, seorang petugas kebersihan yang terlibat dalam pencurian bank. Dalam mengulas film tersebut, The Philadelphia Inquirer menggambarkan Gordon-Levitt sebagai "pria terkemuka yang sangat tangguh, dan sangat mengejutkan", sementara majalah New York menyatakan bahwa dia adalah "aktor Tabula rasa utama... seorang minimalis", dan karakternya efektif karena dia "tidak merebut ruang... dengan apa yang dia ambil dari karakter." San Francisco Chronicle menetapkan bahwa ia "mewujudkan, lebih dari sekadar pertunjukan, kehidupan batin seorang karakter." Filmnya tahun 2008 dan 2009 termasuk Stop-Loss, disutradarai oleh Kimberly Peirce dan berkisah tentang tentara Amerika yang kembali dari Perang Irak, serta film Killshot di mana ia berperan sebagai penjahat yang bermitra dengan seorang pembunuh bayaran.

Gordon-Levitt memainkan peran utama bersama dengan Zooey Deschanel di 500 Days of Summer, rilis 2009 yang diterima dengan baik tentang dekonstruksi suatu hubungan. Penampilannya, yang digambarkan sebagai "kunci sebenarnya" dari apa yang membuat film ini berhasil, mendapatkan pujian. Todd McCarthy dari Variety memuji penampilannya, mengatakan dia "secara ekspresif bergantian antara antusiasme dan kekecewaan sedih dengan cara yang bisa dilakukan Jack Lemmon". Peter Travers dari Rolling Stone mengatakan film tersebut "menghit Anda seperti ledakan oksigen romantis murni" dan memuji kedua aktor utama karena memainkannya "nyata, dengan pemahaman kehalusan." Dia kemudian dinominasikan untuk Golden Globe Award.

Dia kemudian memainkan penjahat Cobra Commander di G.I. Joe: The Rise of Cobra. Pada 21 November 2009, ia menjadi pembawa acara Saturday Night Live. Pada tahun 2010, ia menggantikan James Franco dan berperan bersama Leonardo DiCaprio dalam film thriller fiksi ilmiah arahan Christopher Nolan, Inception yang mendapat ulasan positif.

Pada tahun 2011, Gordon-Levitt mulai syuting The Dark Knight Rises arahan Christopher Nolan di mana ia berperan sebagai John Blake, seorang perwira polisi yang muncul sebagai sekutu Batman. Di Premium Rush, ia memainkan peran utama sebagai pembawa pesan sepeda yang kurang ajar; dia juga memerankan versi muda dari karakter Bruce Willis, dalam peran bersama untuk film thriller perjalanan waktu Looper; dan peran pendukung sebagai Robert Todd Lincoln dalam film biografi arahan Steven Spielberg, Lincoln. Ketiga film tersebut dirilis pada tahun 2012.

Gordon-Levitt memainkan karakter baru, Johnny, dalam sekuel Sin City: A Dame to Kill For (2014), yang digambarkan oleh pembuat film sebagai "seorang penjudi sombong yang menyamarkan misi untuk menghancurkan musuhnya yang paling jahat di permainan terbaiknya". Pada bulan Oktober 2013, dilaporkan bahwa ia adalah salah satu kandidat terbaik untuk memainkan karakter utama untuk film superhero Marvel Studios Ant-Man yang akhirnya didapatkan Paul Rudd.

Pada tahun 2015, Gordon-Levitt berperan sebagai Philippe Petit dalam drama film biografi The Walk, disutradarai oleh Robert Zemeckis. Gordon-Levitt kemudian berperan sebagai pembocor rahasia pengawasan Badan Keamanan Nasional, Edward Snowden di film Snowden, disutradarai oleh Oliver Stone. Pada tahun 2017, Gordon-Levitt mengisi suara kameo di Star Wars: The Last Jedi. Pada tahun 2019, Gordon-Levitt membintangi film 7500 yang disutradarai oleh Patrick Vollrath, yang tayang perdananya di Festival Film Internasional Locarno pada 9 Agustus 2019. Film tersebut dirilis pada 19 Juni 2020 oleh Amazon Studios. Pada tahun yang sama, Gordon-Levitt mengisi suara kameo di Knives Out.

Gordon-Levitt membintangi Project Power, disutradarai oleh Ariel Schulman dan Henry Joost, berperan bersama Jamie Foxx, film tersebut dirilis pada 14 Agustus 2020 oleh Netflix. Ia selanjutnya berperan sebagai pengacara Richard Schultz dalam film drama The Trial of the Chicago 7. Film tersebut ditulis dan disutradarai oleh Aaron Sorkin yang dirilis pada 25 September 2020. Pada bulan Maret 2021, diumumkan bahwa Levitt akan mengisi suara Jiminy si Jangkrik dalam adaptasi film aksi langsung arahan Robert Zemeckis, Pinocchio. Pada 2022 Gordon-Levitt berperan sebagai Travis Kalanick, mantan CEO Uber, dalam serial antologi Showtime, Super Pumped. Serial tersebut berdasarkan buku terlaris Super Pumped: The Battle for Uber oleh Mike Isaac.