2003年，與淺野忠信共同出演電影《我的爺爺》，講述了14歲的小女孩五代珠子和剛從監獄出來從未見過面的爺爺的故事。
2005年在大河劇《義經》中，石原裡美出演了靜御前。歷史上的靜御前，身為為貴族武士們獻舞的白拍子，美貌且深具反抗精神，至死都深愛著丈夫源義經。
2009年，出演日本NHK電視臺的13集特別歷史劇《坂上之雲》，該劇描述松山藩出身的秋山好古和秋山真之兄弟，以及自幼一起長大的文學家正岡子規的故事，時代背景為明治時期的日本。其在劇中飾演真之的妻子。
2010年，和吉岡秀隆共同出演由田中健二執導的歷史劇《大佛開眼》。該劇講述日本奈良時代歷史上的女天皇孝謙天皇和日本著名遣唐使吉備真備的故事，劇中服飾和建築都頗具唐風。
2012年，與阿部寬出演由道尾秀介的小說《烏鴉的拇指》改編的同名電影。講述了一個被高利貸壓迫的走投無路的五個人偶然共處同一屋簷下，幾人企圖復仇但結局神逆轉的故事。
2012年，與小慄旬主演的電視劇《富貴男與貧窮女》在日本首播，飾演東大畢業生夏井真琴。小慄旬和石原裡美也因此劇分別獲日劇學院賞最佳男主角和女配角。
2014年，與松本潤、水川麻美主演的電視劇《失戀巧克力職人》在日本首播，飾演小妖精高橋沙繪子。該劇獲日本連續劇Award 2014年冬第一名。
2015年和山下智久出演《朝五晚九：俊俏和尚愛上我》。該劇在中國人氣高漲，掀起一陣「我要嫁給和尚」的狂潮。石原裡美為觀眾貢獻了一部霓虹味的「瑪麗蘇神劇」。她在劇中是一位職場達人，一套由石原妹子編撰的《職場搭配法則》就這麼誕生了。官方身高僅有157釐米的她，通過靈巧的搭配穿出了167釐米的感覺，幹練的職場風還散發出幾絲森女的氣息。
2015年，與三浦春馬、水原希子聯合出演的漫改電影《進擊的巨人》真人版在日本上映 ，飾演調查兵團分隊長韓吉。接著，石原還主演了《進擊的巨人》真人版手機劇。
2015年9月，出演哥斯拉系列最新電影《新哥斯拉》，該片上映4天票房破10億日元，並榮獲第29屆東京國際電影節特別感謝獎。
2016年，主演NHK戰爭題材新劇《戰艦武藏》。主演10月期NTV水十檔日劇《校閱女孩河野悅子》[16] 。參演中村義洋導演的影片《忍者之國》，在片中飾演主人公無門的妻子阿國。