2013年，他出演的《小时代》和《小时代·青木时代》相继上映。剧中，杜天皓饰演的卫海一角与“hold住姐”谢依霖饰演的唐宛如有着大量的对手戏，二人也一直在暗恋与被暗恋的关系中剪不断理还乱。

2014年7月17日，杜天皓参演的电影《小时代3》在中国公映。

2015年1月，参与综艺节目《奇妙的朋友》的录制 ，后随节目中李宇春、杜海涛等嘉宾一同参与《快乐大本营》奇妙的朋友专场录制。
2015年，出演何炅拍摄的电影《栀子花开》，在电影中饰演康健。