2016年，由刘赫尧执导的青春悬疑电影《深夜咖啡馆之失踪少女》叶沛出演，饰演肖遥。同年10月，主演科幻喜剧电影《未来特工》，同年12月，与李金灵，罗雅文搭档主演校园爱情电影《鸡毛爱情》，饰演男主角高亮，塑造了一个由风流感性到成熟专一的大学生形象，引导大学生树立良好的爱情观。
2017年6月大型奇幻电影《火线道宗异域之战》叶沛担任主演，同年主演武侠动作电影《龙水降》，饰演男主角张川。同年11月，获得第十二届全球城市形象大使暨全球城市先生全国总决赛——最佳型男奖。同年12月，与陆剑民合作出演院线电影《爱廉说》，饰演北宋著名哲学家——程颢，塑造一位满腹经纶，书卷气的文人形象。
2018年，与潘长江，沙宝亮，柳岩等人合作，以喜剧达人身份加盟第三季《跨界喜剧王》。
2019年，与邵兵，余少群，萨顶顶出演国内首部关于汶川大地震救灾题材的3D院线电影《极震区》，饰演四娃一角
2020年，与黄晓明，李晨，郑恺合作出演刘江导演的建党100周年重点献礼剧《光荣与梦想》，饰演无产阶级革命家曹渊，同年11月，与唐国强，王劲松，于和伟合作出演高希希导演的《大决战》，饰演李福。12月27日，参演的《跨过鸭绿江》在央视一套首播。
