2009年，与石凉，陈奕霖合作出演警匪剧《缉毒先锋》，在剧中饰演小喜鹊，而这也是刘海蓝的首部影视剧作品。2010年，与任程伟，许晴合作出演年代情感剧《同龄人》。同年，参演由陈国星的灾难片《冰雪11天》。

2011年，参演由王新民执导的民国战争片《铁道游击队战后篇》。随后与周浩东、石文中合作出演警匪剧《暗线》。2012年，刘海蓝在悬疑警匪剧《秘密追踪》中，一人分饰两个性格截然不同的角色，一个是文静彬彬的艾丽，另一个是出国留学归来开放叛逆的小贝；同年，与萨日娜，牛莉合作出演青春偶像剧《夏日狂奔》。

2014年，参演古装传奇探案剧《通天狄仁杰》，在剧中饰演萧淑妃，是个阴狠善妒，专横跋扈的角色；7月，在古装爱情喜剧《美人制造》中，饰演大大咧咧的风尘女子秋月。

2015年，在抗战传奇剧《东江英雄传》中，饰演举手投足都透着魅力的妖艳女人陆莹；9月，与朱泳腾，韩雪合作出演年代抗战剧《冲出月亮岛》；同年，出演张彤、雷正彪执导的抗战悬疑剧《殊死七日》，在剧中饰演日军特科情报官吉永鹤子。

2016年，主演魔幻悬疑片《都市封魔传》，在剧中饰演勇斗魔鬼的肖玲；6月，参演网络悬疑片《警察锅哥》，在剧中饰演温柔妩媚的刘香莼。

2017年，与景甜、陈柏霖、赖雨濛合作出演古装玄幻剧《火王之破晓之战》，在剧中饰演的昭平公主是一个具有悲剧色彩的人物，有深爱之人却不能爱，责任与感情，只能二选一。