2012年，由张家辉、任达华、文咏珊、谢安琪主演的犯罪悬疑片《大追捕》，张家辉在片中饰演一位哑巴杀手“王远阳”，获得第49届金马奖好佳男主角提名、第32届香港电影金像奖好佳男主角提名。[20-21]
2013年，出演电影《激战》饰“程辉”，凭借该片获得第16届上海国际电影节好佳男演员奖、第10届华鼎奖中国好佳电影男演员奖及第56届亚太影展好佳男主角提名；[22-25] 同年出演电影《扫毒》；[26] 同年首次执导电影《盂兰神功》，6、7月在马来西亚拍摄取景。[27]
2014年，再次出演林超贤执导电影《魔警》。同年搭档郑秀文、Angelababy、欧豪主演爱情轻喜剧《临时同居》[28] 。
2015年2月19日，与周润发出演电影《澳门风云2》上映[1] 。4月30日，主演的电影《赤道》全国公映[2] 。同年再次执导惊悚题材电影《陀地驱魔人》[29] 。
2016年，与古天乐主演电影《使徒行者》，在电影中，张家辉所出演的蓝博文是一个有双重身份的卧底，当兄弟情与卧底正义相冲突时，他陷入了好艰难的抉择
