2009年，郭彤彤成为上海话剧艺术中心的一名演员；同年，在话剧《蜗居》中饰演海藻；此外，她还获得了上海佐临艺术奖“最佳新人奖”提名。2010年，在王延松执导的话剧《雷雨》中饰演四凤。
2011年4月，由其担纲主演的话剧《黑衣女人》在上海话剧艺术中心首演 ；10月，出演根据山田宗树的小说《被嫌弃的松子的一生》改编的话剧《松子的爱》，在剧中出演中学国文老师川尻松子；11月，出演根据安妮宝贝小说改编的话剧《七月与安生》，在剧中饰演七月。
2013年5月，与温阳、田蕤一起出演周小倩执导的话剧《志摩归去》，在剧中饰演凌叔华。2014年7月，在杰寇默·拉维尔执导的话剧《白蛇传》中饰演青蛇。2015年，在胡歌、靳东、刘敏涛、王凯领衔主演的悬疑谍战剧《伪装者》中饰演被明台施了美男计的日本特务桃子小姐12月，出演改编自张小娴文学作品《我这辈子有过你》的舞台剧《这辈子有过你》，在剧中出演女设计师周蕊；同年，获得壹戏剧大赏年度菁英女演员奖 。2016年，与杨子奕、任山一起出演音乐话剧《白蛇传》，在剧中饰演青蛇，并凭借该话剧获得了第三届河内国际小剧场戏剧节表演银奖；10月，与金珈、叶梓萱、蔡鹏飞联合出演的爱情喜剧电影《脱单宝典》上映，在片中饰演广告总监资姐。2017年，在靳东、马伊琍、袁泉领衔主演的都市情感剧《我的前半生》中饰演凌玲的部下小董 ；8月，出演由上海话剧艺术中心和加拿大史密斯·吉尔莫剧团共同首创的肢体剧《鲁镇往事》。移动图册