2009年9月6日，菅田将晖和桐山涟共同主演特摄剧《假面骑士W（Double）》，饰演菲利普，成为此系列史上最年少的假面骑士；同年12月12日，首次主演电影《假面骑士x假面骑士Wx假面骑士decade Movie大战2010》 。截至2011年，共出演《假面骑士W》系列电影共6部。2010年7月10日，菅田将晖参演由速水重道主演的校园偶像剧《震撼鲜师》，饰演坂本洋平；同年10月17日，合作井上真央、成宫宽贵等人，参演由小栗旬主演的爱情电视剧《兽医杜立德》，饰演土门顺平。2011年1月17日，菅田将晖参演纯爱剧《你教会了我什么最重要》，饰演夏实的学生的平冈直辉；4月1日，出演漫画改编电影《高校新人》，饰演魅力男生田村史也 ；7月9日，参演喜剧《堂吉诃德》，饰演幸子的知交明石一哉 ；10月27日，在TBS电视剧《Run Away 为挚爱的你》中饰演冤枉入狱的加贺美瞬，因此剪短头发至6毫米。2012年1月28日，菅田将晖参与阿部宽主演的剧情电影《剧场版新参者：麒麟之翼》，饰演吉永友之 ；3月11日，参演电视剧《命运之人》，饰演弓成亮太和由里子的长男弓成洋一（青年期，第九集客串）；4月5日，主演校园电视剧《黑板～与时代战斗的教师们～》，饰演松村秀雄；5月7日，出演悬疑剧《宫部美雪4周连续悬疑SP — 理由》第1夜，饰演宝井康隆；7月8日，主演医学类电视剧《Summer Rescue～天空的诊所》，饰演见习生木野宪太；8月13日，参演浪漫爱情剧《富贵男与贫穷女》（第六集客串）；8月18日，出演恐怖电视剧《毛骨悚然撞鬼经：2012夏季特别篇》，饰演岛津康太；9月22日，主演剧情电影《国王与我》，饰演森雄；11月29日，参演励志剧《Resident~实习医生五人组》（第七集客串）；11月30日，参演悬疑剧《恶党》 ，饰演早见刚。2013年1月19日，菅田将晖参演爱情剧《小原别哭》，饰演越前小姐（麻生久美子饰）的弟弟阿宏；4月13日，参演校园剧《35岁的高中生》，饰演欺压主导者土屋正光；9月7日，菅田主演剧情电影《相残》，饰演篠垣远马，并因此获得第37届日本电影学院奖新人演员奖 ；10月12日，主演喜剧电影《男子高中生的日常》 和参演纯爱电影《向阳处的她》同时上映；11月30日，主演校园电影《YOU回声音乐同好会》，饰演松户幸四郎。2014年1月27日，菅田将晖参演爱情剧《多谢款待》，饰演悠太郎的长子西门泰介；同年4月18日，与大野智搭档联合出演日剧《死神君》，饰演死神的竞争对手恶魔，并凭借此剧获得第81届日剧学院赏助演男优赏 ；4月19日，参演剧情电影《只在那里发光》，饰演大城拓儿，并获得第29届高崎电影节最佳男配角 ；5月，参演电影《暗金丑岛君2》，饰演加贺；12月27日，主演漫画改编电影《海月姬》，饰演鲤渊藏之助，为了饰演这个以女装登场的角色，菅田在戏里穿上女装，透过控制饮食和整骨来保持身形 。同年，凭借电影《海月姬》和《只在那里发光》夺得第24届日本电影批评家大奖-男配角奖 。2015年1月15日，菅田将晖主演社会话题剧《问题餐厅》，饰演见习厨师星野大智；1月17日 ，主演阪神大地震20周年的特别纪念剧《二十岁与一只》，饰演19岁的大男孩藤原理人 ；1月18日，参演剧情片《绑匪的女儿》，饰演武藤俊治 。3月，参演动作喜剧电影《暗杀教室》，饰演赤羽业。5月16日，主演喜剧电影《明乌》 ，饰演被追债的牛郎直树；5月30日，主演青春励志电视剧《想吃什锦面》，饰演佐田雅志 ；7月24日，与远藤宪一搭档主演日本朝日电视台喜剧《民王》，饰演武藤翔 ，凭借在该影片中的演出，获得第40届黄金飞翔奖-新人奖和第1届Confidence Awards Drama drama-最佳男主演；同年9月5日，出演爱情电影《Piece of Cake》，饰演川谷 。2016年1月，菅田将晖合作中岛裕翔主演根据艺人加藤成亮的同名小说改编的青春影片《粉与灰》 ，饰演河田大贵。3月5日，参演长篇电影《星之丘Wonderland》，饰演清川雄哉 ；3月25日，参演漫画改编电影《暗杀教室：毕业篇》，饰演赤羽业 。4月11日，与福山雅治、藤原樱合作主演富士电视台月九剧《悦音响起》（又名《love song》），这是继2011年出演《你教会了我什么最重要》之后，菅田时隔5年再次出演月九，在其中饰演爱慕女主的天野空一 ；4月15日，主演恶搞爆笑SP剧《民王》，饰演武藤翔，此次播出的内容为2015年《民王》的后续篇；5月21日，与柳乐优弥、小松菜奈合作主演青春群像电影《错乱的一代》，饰演暴力青年北原裕也 ；6月25日，主演推理电影《二重生活》，饰演珠与恋人卓也 ；7月，日本ORICON网站按照惯例公开了“上半年人气爆棚排行榜2016”，在“男演员部门”菅田将晖排名第一 ；7月2日，主演漫画改编电影《濑户内海》，饰演运动少年濑户一角 ；2016年秋，主演由同名漫画改编的青春恋爱电影《溺水小刀》，饰演少年人长谷川航一朗 ；10月，主演日本电视台电视剧《校阅女孩河野悦子》，饰演对河野悦子（石原里美饰）一见钟情的神秘大学生折原幸人 ；10月15日，出演佐藤健主演的电影《何者》，饰演神谷光太郎 ；10月29日，合作东出昌大、池松壮亮等，主演犯罪推理电影《死亡笔记 Light up the NEW world》，饰演疯狂天才紫苑优辉，该电影是《死亡笔记》（2006）的故事发生10年后的续作 。2017年1月，菅田将晖首次出演NHK大河剧，参演由柴崎幸主演的《女城主直虎》，饰演日后被称为德川四天王的井伊直政 ；1月18日，菅田将晖和松坂桃李双主演电影《奇迹，那天如此重要》上映 ；4月29日，主演漫画改编真人电影《帝一之国》，饰演赤场帝一 ；5月23日，发行的女性时尚杂志《ViVi》七月号公开了“ViVi国宝级美男演员排行榜2017年上半期”榜单，菅田将晖在“NOW国宝级（现在最喜欢的美男演员）排行榜中夺冠 ；6月7日，菅田将晖凭借单曲《从未见过的景色》出道，作为应援广告曲倍受欢迎，在ORICON榜单销量排名第二 ；7月3日，菅田将晖在主持电台节目《菅田将晖的ALL NIGHT JAPAN》时，宣布8月30日发行第二张单曲《呼吸》，首次尝试自己作词 ；8月18日，菅田将晖与广濑丝丝、宫野真守合作，首次声优出演动画电影作品《升空的焰火，从下面看还是从侧面看》上映 ；9月1日，菅田将晖与小栗旬、桥本环奈合作主演的漫改真人电影《银魂》上映，在剧中饰演志村新八 ；10月7日，菅田将晖与梁益准合作主演的电影《啊，荒野：前篇》上映，《啊，荒野：后篇》于10月21日上映；与此同时，他还与生田斗真搭档双主演了《哈姆雷特》外传舞台剧《君臣人子小命呜呼》；11月23日，菅田将晖与桐谷健太双主演的又吉直树原作改编电影《火花》上映 。这一年，凭借在《奇迹，那天如此重要》、《帝一之国》、《啊，荒野》、《火花》等影片中的表现，获得第42届报知电影奖最佳男主角奖和第30届日刊体育电影大奖最佳男主演奖，也成为了日刊体育电影大奖历史上最年轻的最佳男主演奖获得者 。
