2005年，任東霖與張晨光、杜雨露、張子琪出演由郭少雄執導的古裝歷史劇《夜來風雨》，在劇中飾演明孝宗朱佑樘之子武宗朱厚照。并演唱主題歌《換心》。同年，任東霖與吳倩蓮、張鐵林、沈傲君出演古裝歷史劇《北魏馮太后》，在劇中飾演李彪。2006年，出演劉佩琦、吳軍、張子琪主演的家庭懸疑劇《血有多濃》，在劇中飾演薛東霖。2007年，任東霖與杜淳、高圓圓、劉德凱出演由賴水清執導的清末民初愛情劇《愛無悔》（又名《江南第一店》），在劇中飾演高家少爺高德智。同年，演唱電視劇《大旗英雄傳》的主題曲《一滴淚》。2008年，任東霖出演袁立、郭珍霓、佟麗婭主演的古裝歷史劇《母儀天下》，在劇中飾演歷史上有名的漢成帝劉驁。2009年，與黃曉明、王珞丹等聯袂出演商戰情感劇《暗香》，在劇中飾演黃曉明的侄兒皮皮。同年，他與林心如、文章、柯叔元等聯袂出演由李保平、丁仰國聯合執導的都市情感劇《愛在日月潭》，在居中飾演傅康林。之后，與明道合作古裝神話劇《嫦娥》劇中，他首次飾演一個純粹的大反派。2010年，與賈一平、張光北、馬伊P出演商戰史詩劇《經緯天地》，在劇中飾演一個重情重義為了朋友兩肋插刀的秦少杰。隨后，與賈一平、張光北、王媛可聯袂主演由黃建中、鐘少雄聯合執導的電視劇《遠期的合約》，在劇中飾演小海。同年，與鞏崢、陳麗媛、文夢洋聯袂主演由浙江海納影視制作公司出品的都市愛情劇《愛情可以有》，在劇中飾演錢嘯。2011年，參演張恒、韓青、謝君豪主演的民國抗戰劇《血雨母子情》，在劇中飾演邢天。同年，與范明、郭珍霓、姚笛等出演由中央電視臺、浙江華策影視股份有限公司聯合出品的清代古裝判案劇《施公案》（又名《新施公案》），在劇中飾演單元劇《天水間》中心狠手辣草菅人命的反派人物滿族貝勒德榮。2012年，與張玉鰲⒄懦抗狻⒊倫蝦、田麗主演的情感劇《媽媽你在哪里》拍攝中。任東霖這次在劇中和張晨光飾演一對父子，這是續《夜來風雨》后再度合作，但是任東霖和張晨光對戲絲毫不緊張。任東霖在劇中扮演的洪子昂是一個十分癡情的人。同年，與胡亞捷、何賽飛、何琳等聯合主演的家庭情感劇《那金花和她的女婿》，在劇中飾演二女婿任仲明，是一個討好諂媚的小男人。2013年，任東霖與毛林林主演由福建朱子影視文化有限公司投拍的時尚茶文化題材電視劇《茗定今世緣》，該劇以“茶”字為中心，講述了天茗茶府和清遠茶莊兩大茶商家族糾葛幾代的紛紛擾擾。隨后，主演由張孝正執導的偶像劇《叫我灰姑娘》（又名《超級灰姑娘》），在劇中飾演富二代張摩西。同年，與陳昭榮、馬德鐘、楊婷婷、李芳雯主演由臺灣導演張孝正執導的電視劇《匹夫英雄》，任東霖一改往日熒屏形象，在劇中飾演性格沉穩內斂的土匪首領季風。2014年，參演吳秀波，姚晨，張萌，方中信主演的現代都市愛情劇《離婚律師》，在劇中飾夏芳草和顧威的婚禮主持人；。2015年，參演由上海新文化傳媒集團股份有限公司出品的年代情感劇《兩個女人的戰爭》，在劇中飾演牛成國；隨后出演近代革命電視連續劇《暗戰危城》；同年8月出演由海潤影視有限公司的年代懸疑電視劇《秘密的背后》，在劇中飾演野心檢察官崔俊杰一角。