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》。