Jabarkan 2007–2008 Sub-grup dari Lee Dong-hae

Debut resmi Dong-hae sebagai aktor dimulai pada bulan Juli 2007, bersamaan dengan perilisan film pertama Super Junior berjudul Attack On The Pin-up Boys. Di film tersebut, Dong-hae menjadi sahabat dan teman sekelas Kim Kibum, seorang pelajar SMA yang menyelidiki serangan misterius yang dialami sejumlah murid laki-laki di berbagai sekolah. Selain itu, Dong-hae dan Kyuhyun muncul dan menyanyikan iklan produk pembersih wajah merk Happy Bubble bersama aktris Han Ji Min. Video musik sepenuhnya dirilis pada 19 Agustus 2009.

Di akhir 2007, Dong-hae ditarik menjadi anggota Super Junior-M, versi subgrup China dari Super Junior. Super Junior-M mengawali debut di China pada tanggal 8 April 2008 dalam ajang Annual Music Chart Awards ke-delapan dengan merilis video musik single pertama mereka, U. Subgrup ini meluncurkan album berbahasa China pertama mereka, yaitu Me pada tanggal 2 Mei 2008. Me sukses besar dengan menempati posisi pertama di sebagian besar tangga musik China dan Thailand serta menempati urutan kedua tangga kombo G-Music di Taiwan.

2009–2011: Akting dan Oppa, Oppa

Pada tahun 2009, Dong-hae bersama member Super Junior lainnya, Siwon membintangi video musik penyanyi Ariel Lin berjudul Firefly, yang dirilis di Blissful Encounter. Pada bulan Juli di tahun yang sama, komposisi lagu pertamanya, Beautiful, dirilis di Super Show 2 Concert Album. Dong-hae juga bermain dalam video musik Zhang Li Yin berjudul Moving On, yang dirilis 19 Oktober 2009.

Dong-hae membintangi drama It's Okay, Daddy's Daughter (SBS). Dia berperan sebagai Choi Wookgi, salah satu dari tiga bersaudara dalam drama yang disiarkan pada pertengahan bulan November 2010. Dong-hae juga menyanyikan salah satu soundtrack dari drama tersebut yang dinyanyikan secara duet dengan Ryeowook berjudul Just Like Now. Dong-hae juga menggubah lagu A Short Journey bersama Eunhyuk yang disertakan dalam album keempat Super Junior berjudul Bonamana.

Dong-hae menyanyikan lagu dalam 2011 8th Asia Song Festival, Dreams Come True bersama Seohyun dari Girls' Generation yang dirilis tanggal 11 Oktober 2011 sebagai single digital. Keuntungan dari penjualan single tersebut disumbangkan kepada UNICEF untuk membantu anak-anak di Afrika.

Dong-hae juga memulai shooting di Taiwan pada bulan April hingga Juni 2011 untuk drama Taiwan berjudul Skip Beat! (Extravagant Challenge) bersama rekannya Siwon dan artis Taiwan Ivy Chen. Mereka sebagai tiga karakter utama serial ini. Serial Skip Beat! adalah drama adaptasi live-action dari manga Jepang berjudul Skip Beat! karangan Yoshiki Nakamura.

Dong-hae berkolaborasi dengan One Way's Chance untuk mengkomposisi empat lagu, Strong Heart Logo Song, Y yang dirilis pada album kelima mereka Mr. Simple, I Wanna Love You di Super Show 3 Concert Album, dan Oppa, Oppa. Juga logo song untuk radio ShimShimTamPa.

16 Desember 2011, Dong-hae dan Eunhyuk merilis single digital Oppa, Oppa, yang pertama ditampilkan dalam konser Super Junior, Super Show 4. Ini menjadi kolaborasi pertama mereka. Single ini juga dirilis di Jepang dengan video musik pada 4 April 2012. Mereka juga menggelar fanmeeting, Premium Mini Live Event untuk mempromosikan single mereka pada 11 April di Shibuya-AX, Tokyo.

2012: Comeback dengan Super Junior

Pada Mei 2012, Dong-hae menjadi peran Mr. Hedgehog, drama komedi romantis di Chanel A, Ms. Panda and Mr. Hedgehog dengan aktris Yoon Seung Ah sebagai Ms. Panda. Dalam drama tersebut, Dong-hae bermain sebagai Go Seunggi. Dong-hae juga menyanyikan soundtrack drama tersebut, Plz Don't, yang dirilis 20 Agustus. Ms. Panda and Mr. Hedgehog telah diterjemahkan dalam 29 bahasa di website Viki.

Juni 2012, Dong-hae bersama Super Junior kembali dengan album keenam mereka, Sexy, Free & Single untuk dirilis 4 Juli.Dalam repackaged album tersebut, berjudul Spy, Dong-hae ikut menulis lirik Only U bersama Leeteuk, dan Haru bersama member Urban Zakapa Kwon Soon Il.

Dong-hae juga menjadi part-owner untuk bisnis di Taiwan dengan sepupunya, The Grand Place, sebuah cafe waffle Belgia yang dibuka tanggal 12 Desember 2012.

2013–sekarang: Comeback dengan Super Junior-M

Pada 7 Januari 2013, Super Junior-M merilis album kedua merka, Break Down, bersama musik videonya dengan nama yang sama. Sebuah konferensi pers digelar di Beijing pada 7 Januari, dan mereka akan mempromosikan album di China.

November 2012, Peter dari Team One Sound menulis di Twitternya, bahwa Dong-hae dan Eunhyuk akan merilis sesuatu yang baru di 2013. 19 Juni 2013, duo itu merilis single Jepang kedua mereka, I Wanna Dance dengan B-side track, Love That I Need bersama member Super Junior-M Henry.

Dong-hae memulai bisnis barunya, membuka restoran Taco miliknya bernama Grill5Taco di Cheongdam-dong, Seoul, Korea Selatan yang dibuka 31 Agustus 2013.

17 Desember 2013, Dong-hae dan Eunhyuk merilis musikvideo terbaru mereka, Still You. Dong-hae ikut ambil bagian dalam penulisan liriknya bersama Team One Sound. Sutradara untuk musik video ini adalah Lee Sa Kang dan syuting dilakukan pada bulan November di London, Inggris.