Saya mau tau 2018–2019: Karakter artistik dari Shin Hye-sun

Pada tahun 2018, Shin berperan sebagai pemeran utama dalam drama spesial SBS The Hymn of Death bersama Lee Jong-suk.  Dia memainkan peran  Yun Sim-deok, penyanyi sopran profesional pertama Korea.

Pada tahun yang sama, ia membintangi bersama Yang Se-jong dalam drama komedi romantis SBS Still 17, sebagai seorang calon pemain biola yang hidupnya terbalik karena kecelakaan.

Pada tahun 2019, Shin membintangi drama romansa fantasi KBS2 Angel's Last Mission: Love bersama Kim Myung-soo, sebagai balerina yang tidak tertarik pada cinta.

2020–sekarang: Debut film dan popularitas yang meningkat

Pada tahun 2020, ia berperan untuk memainkan peran utama pertamanya dalam film hukum Innocence, sebagai pengacara yang memutuskan untuk membela ibunya (Bae Jong-ok) dari tuntutan hukum. Ia menerima ulasan positif atas penampilannya dalam film tersebut dan dinominasikan dalam kategori Aktris Pendatang Baru Terbaik di Blue Dragon Film Awards]].

Pada bulan November, ia tampil dalam film cerita caper Collectors bersama Lee Je-hoon, sebagai kurator seni Yoon dan kemudian dalam drama hit tvN Mr. Queen dalam peran ganda sebagai Kim So-yong (Ratu Cheorin) serta Jang Bong-Hwan, koki pria dari tahun 2020 yang jiwanya kembali ke masa lalu dan terjebak dalam tubuh Kim So-yong. Shin dinominasikan untuk  57th Baeksang Arts Awards dalam kategori Aktris Terbaik (TV) untuk penampilannya di Mr. Queen dan kategori Aktris Baru Terbaik (Film) di  Innocence.

Pada 14 Desember 2021, Shin Hye-sun memperbarui kontraknya dengan YNK Entertainment sekali lagi.