初到北京，他的求职路并不是十分顺利，他去试镜过“天气预报”但没有被选上，之后到几个小电台做主持，每个月只有2000多块钱的收入，远不及在沈阳做主持人的时候。后来他又辗转到了中央电视台做主持人，主持过中国教育电视台CETV-3《校园点歌台》、中央电视台《新视听》《电视你我他》等，最忙的时候创下过一天上八档节目的纪录。

在北京做了两年主持人之后，一个朋友推荐他为电视剧《夜来风雨》演唱主题曲《换心》，前去剧组的时候被该剧导演相中，邀请他出演了剧中男二号朱 厚 照。这是任东霖第一次触电影视，从此他一脚踏进了演艺圈。

最初任东霖并没有在表演上找到乐趣，但是在出演这部剧的时候他与老戏骨秦焰结成了忘年交，通过秦焰的指导他才知道原来演艺有这么多门路，有那么多需要学习的地方，于是便开始钻研了起来。

此后他戏约不断，先后出演了刘佩琦、吴军、张子琪主演的家庭悬疑剧《血有多浓》，在剧中饰演薛东霖；出演了杜淳、高圆圆、刘德凯主演的爱情剧《爱无悔》，饰演高家少爷高德智等，还为电视剧《大旗英雄传》的演唱了主题曲《一滴泪》。

2008年袁立、佟丽娅等人主演的《母仪天下》播出后引起了很大的反响，饰演汉成帝刘骜的任东霖凭借此剧知名度有了很大的提升。

2009年，任东霖与黄晓明、王珞丹等联袂主演了商战情感剧《暗香》，他在剧中饰演黄晓明的外甥“皮皮”，一个阴狠毒辣却又为爱痴狂的反角。这部剧作为男二号的他投入了极大的热情，电视剧拍摄结束后他都迟迟走不出来导致生了一场大病，眼睛一度差点失明，后来经过一个多月的治疗才恢复。

他在这部剧中的表现不仅让同行前辈雷恪生对他赞赏有加，也得到了观众的一致认可。

而此角激发了任东霖的“坏蛋”潜质，之后他便在大反派这条路上一去不复返了，2010年在明道、姚笛主演的《嫦娥》中饰演一个后期黑化的大反派丹朱。