2008年，經過北京電影學院老師劉暢的引薦，曹炳琨進入了電視劇《潛伏》劇組，和孫紅雷、姚晨等演員合作；劇中他飾演靠倒賣情報發財的特務謝若林。2009年，出演電視劇《温柔的背叛》；同年與吳越、高蓓蓓、曹炳琨、董維嘉共同出演由東上海集團投拍的都市情感劇《城市生活》，劇中曹炳琨飾演上海弄堂裏的小混混阿胡。2010年，出演農村喜劇電影《決戰剎馬鎮》，飾演表面憨厚，背地裏琢磨着怎麼篡權奪位的副村長陳底裏；片中曹炳琨不及有“豁牙”的設計，還説一口保定方言。同年，出演由安戰軍導演的愛情輕喜劇《微風吹亂的愛情》。2011年，主演李依璠執導的諜戰電視劇《黃金密碼》，飾演國民黨調查科科長段峯 ；之後與杜淳、馬伊琍聯袂主演都市情感劇《青春期撞上更年期》，劇中曹炳琨飾演幽默風趣、為人熱忱又充滿責任心的北京大男孩兒苗子 ；同年曹炳琨憑藉苗子一角獲得2011優酷影視指數盛典風雲男演員獎。
2012年，與張佳寧、張凱麗合作出演電視劇《哎呀媽媽》；與馬蘇、李小璐聯袂主演講述80後一代婚姻、生活的情感劇電視劇《AA制生活》，飾演80後“鳳凰男”張林。2013年，與沙溢、陳瑾合作出演諜戰電視劇《滲透》，飾演對工作兢兢業業的國民黨特務齊公子。2014年4月，由曹炳琨、李曼、種丹妮領銜主演的年代情感電視劇《血色迷情》在南京影視頻道播出；5月曹炳琨憑藉《滲透》獲得第二十屆上海電視節白玉蘭獎最具人氣男演員獎提名。2014年，8月，憑藉《滲透》獲得“華鼎獎·中國近代革命題材電視劇最佳男主角。
在電視劇《潛伏》中，曹炳琨飾演的謝若林是一個情報販子，如此簡單的人物卻讓曹炳琨表現的有血有肉，成為戲中出彩的男配角。隨着電視劇《青春期撞上更年期》的播出，曹炳琨的人氣也隨之上升，曹炳琨在戲中扮演一個北京80後苗子，曹炳琨將這個責任心過重的角色詮釋得很豐滿，充分展現出他從男孩到男人的成長過程；曹炳琨用嫻熟的演技，將苗子的幽默、責任、認真、無奈都詮釋得入木三分。在《青春期撞上更年期》中曹炳琨還充分發揮其喜劇天分，為該劇增添了輕鬆氛圍。
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