2006年9月7日，出演平江锁金导演的作品《飞花如蝶》，在剧中饰演棋儿 ；随后，参演古装剧《少年杨家将》，饰演民间医女、杨家四媳妇罗氏女 。

10月，她主演的爱情悬疑剧《月影风荷》播出，在剧中饰演了单纯天真、身世坎坷的女主角叶风荷，出于剧情的需要，该剧总导演平江锁金还为她加了芭蕾舞《天鹅湖》选段 ；同年，她还参演了两部数字电影《陆小凤传奇之大金鹏王》和《陆小凤传奇之决战前后》，并在片中饰演峨眉三英四秀之一孙秀青。

2007年元旦前后，大学毕业半年的刘诗诗通过参演唐人公司的系列电视剧，被上海唐人电影制作有限公司的总裁蔡艺侬看中，签约了唐人电影公司。

同时，也使得非表演系科班出身的她逐渐积累起了大量的表演经验，正式由一名舞者转行成为一个职业演员 ；7月17日，与众多艺人共同主演了古装玄幻爱情剧《聊斋奇女子》，并在第二单元《辛十四娘》中饰演心地善良、行善积德以修道成仙为志的女主角辛十四娘，该剧播出后打破了四川卫视年度收视纪录 。

2009年2月2日，与胡歌、林依晨、袁弘合作出演的古装武侠剧《射雕英雄传》上星播出，她在剧中饰演了个性坚强的穆念慈 ；6月28日，与胡歌、杨幂、霍建华等联袂主演的仙侠剧《仙剑奇侠传三》上星播出 ，在剧中饰演具有双重性格的龙葵，一个是温柔文雅的蓝葵和另一个是刁蛮泼辣的红葵，该剧在播出后则以平均收视率百分之1.245的成绩取得全国同时段电视剧收视第一，刘诗诗个人也因此获得了更多关注 。

2010年1月25日，由刘诗诗出演的古装神话剧《白蛇后传》播出，她在剧中饰演了才貌双绝的画中仙尹双双 ；7月12日，其参演的古装武侠剧《倚天屠龙记》上星播出，她在剧中饰演了杨过与小龙女的后人黄衫女子 ；8月14日，参演的女性情感励志剧《天涯织女》首播，在剧中饰演清新可人、甜美的刁蛮公主赵嘉仪 。

2011年1月1日，与霍建华联袂主演的古装武侠剧《怪侠一枝梅》上星播出，她在剧中饰演了个性爽朗、酷帅傲气的燕三娘，该剧播出后各大视频网站点击率排名第一 。