2013年,电视剧《陆贞传奇》在湖南卫视播出,陈晓第一次挑大梁出演男一号高湛,睿智隐忍痴情完美的太子, 夺得安徽卫视国剧盛典“极具青春号召力演员”奖,以及2013亚洲偶像盛典最具潜力男演员奖。 主演的电影《宫锁沉香》七夕情人节上映,陈晓饰演男一号爱新觉罗?胤祥,与周冬雨饰演一对恋人。同年,陈晓与杨颖、杜淳等主演电视剧《大汉情缘之云中歌》,饰演刘病已;客串《宫锁连城》 ,饰演萨满 ;友情客串古装职场喜剧电视剧《龙门镖局》,在第10、11集中饰演看似冷面无情、实则蠢萌可爱的东厂杀手苗星仁。主演古装剧《神雕侠侣》,出演男一号杨过,该剧于2014年播出,陈晓饰演的杨过获得大量原著粉丝的认可和喜爱 ;以及同名微电影《神雕侠侣》,饰演杨过。担任3D网游圣王OL和神雕侠侣手游代言人,献唱《圣王》的同名主题曲《圣王》。
陈晓从小学习绘画,最擅长速写;从四年级开始学习篮球,小学、初中、高中、大学均为学校的校篮球队员,擅长跳高、跳远,获国家二级运动员称号。陈晓从中央戏剧学院读大三时起, 在家乡合肥担任艺术学校的表演班代课教师,帮助艺术考生补习表演。2015年8月26日,全民星探爆料陈晓被爆出与陈妍希相恋,陈晓经纪人证实二人确实在一起了 。8月27日,陈晓、陈妍希二人大方承认恋情。
2015年,与杨颖、倪妮主演的都市喜剧电影《新娘大作战》于8月20日上映,饰演男主角凯文;同年主演电影《睡在我上铺的兄弟》;9月13日,参演的电视剧《大汉情缘之云中歌》登陆湖南卫视钻石独播剧场播出。2016年主演的古装剧《五鼠闹东京》于2月17日在安徽卫视播出。4月1日主演的电影《睡在我上铺的兄弟》上映,在影片中饰演男主“林向宇”一角。