2010年，担任湖南娱乐频道综艺时尚类节目《好女人》的主持人；随后，搭档汪涵主持湖南娱乐频道盘点类节目《潇湘风尚大典》；同年，还担任湖南卫视大众歌手原创偶像选秀节目《快乐男声》全国300强突围赛的主持人。

2011年，担任湖南娱乐频道大众娱乐节目《百姓春晚》的主持人。2012年，担任湖南卫视趣味体育竞技节目《全力以赴》的主持人。

2013年，担任湖南卫视歌唱真人秀节目《我是歌手》林志炫的经纪人，并在第一季决赛帮帮唱环节中，伴舞林志炫、萧敬腾演唱的歌曲《Easy lover》 ；6月16日，沈梦辰与李锐、张大大、田源共同参加中央一套正大综艺节目《墙来了》，代表红队并胜出；随后，她还代班主持湖南卫视访谈节目《我的中国梦》之《黄磊的中国梦》；7月，担任黑龙江卫视游戏闯关类节目《幸运电梯》的主持人；8月，参加央视三套益智游戏类综艺节目《开门大吉》，担任嘉宾主持人；10月，参加深圳卫视全明星代际互动综艺秀节目《年代秀》的录制；同年，与俞灏明、潘时七合作出演都市爱情剧《把爱带回家》，在剧中饰演出身平民家庭，命运坎坷的金元满。

2014年，主演胡储玺执导的爱情喜剧《这个大叔不太囧》，饰演条件优秀却没有找到合适伴侣的周美娜；7月，主演综艺古装剧《花样江湖》，饰演集嚣张、蛮霸、花痴、呆萌为一体的女首领梦爷；同年，与贾青、张晓龙合作出演都市言情剧《妻子的谎言》，饰演江一斌的妹妹江一姗。

2015年，担任湖南卫视歌唱真人秀节目《我是歌手》巅峰会主持人；5月，与吴倩、金泰焕合作出演浪漫偶像剧《我的奇妙男友》，饰演田净植的闺蜜张萱萱；8月，搭档赵泳鑫发行首支歌曲《超想见你》；10月，客串李佳航、李晟主演的都市爱情喜剧《新婚公寓》；同年，参演刘欣翰执导的都市爱情剧《识色幸也》。

2016年，参加湖南经视古代冷知识科普节目《史料不及》的录制；10月，与杨幂、佟丽娅、张蓝心共同参加湖南卫视国防教育特别节目《真正男子汉》的录制，该节目全国收视率同时段排名第一。

2017年，担任湖南卫视原创交友谈话类节目《为你而来》的主持人；2月，参加CCTV-14原创动画益智挑战类少儿节目《零零大冒险》的录制 ；随后，与马可、戚薇合作出演古装武侠剧《新龙门客栈》，在剧中饰演善良仗义的邱莫言；同年， 沈梦辰担任湖南卫视歌唱真人秀节目《歌手》狮子合唱团的音乐合伙人。

2019年10月11日，加盟国内首档导演选角真人秀《演员请就位》。