2011年1月1日，刘诗诗与霍建华联袂主演的古装武侠剧《怪侠一枝梅》上星播出，她在剧中饰演了个性爽朗、酷帅傲气的燕三娘，该剧播出后各大视频网站点击率排名第一。
2011年9月10日，刘诗诗领衔主演的古装宫廷剧《步步惊心》在湖南卫视首播，她在剧中饰演了意外回到康熙年间的乾清宫领头女官马尔泰·若曦，还首次献唱电视剧片尾曲《等你的季节》，该剧在播出期间一直稳居全国同时段收视率冠军的位置，同时也获得了近3亿次的网络播放量，刘诗诗个人则凭借该剧获得第18届上海电视节白玉兰奖互联网观众票选最具人气女演员、华鼎奖最受媒体欢迎女演员、第6届腾讯星光大典内地年度女演员以及第2届中国大学生电视节最受喜爱电视剧女演员等多个奖项。
