2002年6月10日，于波与吴奇隆、朱茵等人合作主演的武侠剧《萧十一郎》播出，其在剧中饰演不择手段又极度渴望温情的“恶之花”连城璧，从而进入影视圈；11月12日，他领衔主演的年代剧《女人汤》播出，于波在剧中饰演的林菊生是个天真乐观、温暖善良的大男孩。

    2003年5月1日，于波与吴奇隆、阳光等合作主演的科幻电视剧《少年王》播出，他在剧中饰演热情冲动，有正义感，喜欢路见不平的白奇伟；6月9日，主演的青春爱情剧《水晶之恋》播出，他在剧中饰演的钢琴天才于波是一个充满阳光、朝气蓬勃的大学三年级学生。

    2004年11月14日，于波主演的武侠剧《水月洞天》播出，其在剧中饰演博学多才、温文尔雅、为人热心、一身精湛武功的童博。

    2006年2月11日，于波与温碧霞搭档主演的古装魔幻剧《幻影神针》播出，他在剧中饰演外型英挺俊美，性格冷酷、与生俱有正义凛然气势的金城；3月12日，主演的《水月洞天》续集《灵镜传奇》开播；4月14日，于波与秦沛、温兆伦合作主演的古装剧《李卫辞官》播出，在剧中饰演风流倜傥的乾隆帝；7月3日，他领衔主演的古装剧《傲剑江湖》播出；11月13日，与蔡少芬、周海媚等合作主演的神话剧《神鬼八阵图》播出，他在剧中饰演的诸葛日照单纯善良，个性懵懂，经常好心助人，但一身“乱七八糟”的武功又状况连连。

    2007年12月24日，于波与秋瓷炫搭档主演的都市爱情剧《让爱化作珍珠雨》播出，他在剧中饰演被爱冲昏头脑的元皓勇；随后，他还主演了青春励志剧《当幸福来敲门》。

    2008年7月19日，于波领衔主演的警匪剧《迅雷急先锋》播出，他在剧中饰演的缉毒大队长韩诚，外表严肃不苟言笑，内心温暖，也敢于与敌人斗争，不惧生死。

    2010年1月3日，于波主演的古装喜剧《包三姑外传》播出，剧中饰演为国为民的燕王朱棣；随后，他主演的电视剧《一路顺风》在中央电视台播出；7月1日，其与徐峥、赵丽颖合作主演的古装剧《大内低手》播出，他在剧中饰演嘉庆帝；7月4日，主演的剧情片《我的左手和右手》在中国内地上映，这也是于波首次参演的电影作品。

    2011年1月2日，于波参演的武侠剧《七种武器之孔雀翎》在中央电视台播出；6月29日，领衔主演的历史片《先驱者》在中国内地上映，在片中他饰演儒雅中不失坚定的工人运动领袖刘涛；7月1日，他与刘之冰、牛莉等合作主演的剧情片《飞天》在中国内地上映；在片中他饰演责任心强、热心肠的新一代航天员谢朝阳；10月17日，他与朱杰、林江国等主演的军旅题材电视剧《海魂》在中央电视台电视剧频道播出，他剧中饰演的高盛中虽然命运曲折，但性格坚韧不拔，有勇有谋。

    2013年2月1日，于波参演的喜剧片《百星酒店》在中国内地上映；4月4日，他与郑伊健、徐帆等主演的古装片《忠烈杨家将》在中国内地上映，他在片中饰演的杨二郎是杨家众兄弟中最单纯，最率直，最无心机的一人，随后，获得上海国际电影节成龙动作电影周“钢铁人奖”最佳动作男演员提名；6月28日，他领衔主演的古装悬疑剧《辣妈俏爸》播出，其在剧中饰演为人亲切友善、乐于助人、喜爱小孩，热爱厨艺的艾丁宝；10月31日，他参演的惊悚片《诡婴吉咪》上映播出。

    2014年1月11日，于波参演的谷德昭执导的喜剧片《六福喜事》在中国内地上映。

    2015年1月21日，于波参演的年代剧《午夜蝴蝶》播出；6月22日，他参演的抗战片《我们遇见松花湖》上映播出；8月7日，他与陈意涵、窦骁等合作主演的古装片《新步步惊心》在中国内地上映，在片中他饰演一人之下万人之上，却不胜宠爱，为权惑至疯癫的爱新觉罗·胤礽；11月29日，于波参演根据中国3D武侠动画连续剧《秦时明月》改编的古装剧《秦时明月》在湖南卫视钻石独播剧场播出。

    2016年2月18日，于波参演的古装剧《解忧公主》在中央电视台电视剧频道播出；4月1日，他与班嘉佳、周韦彤等合作主演的上古题材电影《轩辕大帝》上映，其在片中饰演轩辕黄帝；随后，他参演的谍战剧《解密》在湖南卫视金鹰独播剧场播出；7月21日，他与林心如、袁弘等合作主演的古装剧《秀丽江山之长歌行》在江苏卫视幸福剧场播出，他在剧中饰演野心勃勃的刘玄；10月12日，他与陈键锋、白冰等合作主演的抗战剧《美人如玉剑如虹》播出，他饰演的温正是一个有着多重性格的男子，时而温柔、时而暴动。

    2017年，于波参演的武侠剧《新龙门客栈》开机；随后，他主演的年代剧《赤水河国酿》在横店开机；1月2日，他与钟汉良、杨颖合作主演的古装剧《孤芳不自赏》在湖南卫视金鹰独播剧场播出，其在剧中饰演为了保全晋国，选择牺牲白聘婷的晋国皇帝司马弘；6月14日，他参演的都市剧《寻人大师》在爱奇艺播出；10月25日，他与马思纯、盛一伦合作出演的古装剧《将军在上》在优酷视频播出。

    2018年1月18日，于波参演的古装剧《寻秦记》播出；3月2日，他与韩东君、孙怡合作出演的民国传奇剧《人生若如初相见》在腾讯视频播出，其在剧中饰演野心勃勃，深谋远虑的李重年；6月25日，他客串的古装剧《芸汐传》在爱奇艺视频播出；7月，他参演的古装武侠剧《神雕侠侣》开机。

    2019年2月27日，于波特别出演的古装武侠剧《倚天屠龙记》在腾讯视频播出；8月15日，他领衔主演的谍战剧《战地迷情》在中央电视台电视剧频道播出，他在剧中饰演的何文清表面是鹭岛商人，实则身负重任；10月，他与李易峰、陈星旭合作主演的军题材电视剧《号手就位》开机；12月11日，他参演的都市情感剧《梦在海这边》在江苏卫视、浙江卫视播出。