
Pada tahun 2006, Tang Wei terpilih dari lebih dari 10.000 aktris untuk tampil dalam film Lust, Caution (2007) karya Ang Lee. Dalam film ini, Tang Wei memerankan tokoh utama bernama Wong Chia-chi, yang terinspirasi dari kisah mata-mata yang dieksekusi bernama Zheng Pingru. Tang Wei belajar berbicara dalam dialek Shanghainese dan Suzhou terkait peran ini. Setelah film ini dirilis, Tang Wei semakin terkenal di dalam dan luar China. Ia berhasil memenangkan Golden Horse Award untuk Best New Performer dan dinominasikan untuk Independent Spirit Award. Namun, karena adegan seksual yang dimainkan oleh Tang Wei dalam film ini, State Administration of Radio Film and Television (SARFT) China memberlakukan larangan media terhadapnya. Iklan cetak dan konten yang menggunakan Tang Wei dihapus, dan ia kehilangan beberapa endorsement. Ia seharusnya membintangi film periode berbiaya besar The Warrior and the Wolf (2009) karya Tian Zhuangzhuang, namun digantikan oleh Maggie Q. Pada bulan Februari 2009, saat absen dari industri film, Tang Wei dilaporkan menghadiri kelas drama di University of Reading, Inggris.
Tang Wei kembali ke layar lebar dalam film Crossing Hennessy (2010), sebuah drama romantis karya Ivy Ho yang berkisah tentang dua orang yang dijodohkan pada kencan buta oleh kerabat mereka, meski keduanya masih memikirkan orang lain. Tang Wei memerankan seorang gadis tetangga yang sederhana dengan pekerjaan biasa. Penampilannya dalam film ini mendapatkan pujian dan pengakuan. Ia kemudian terus mengukir prestasi dalam beberapa film lainnya seperti Late Autumn (2010), Finding Mr. Right (2013), The Golden Era (2014), Long Day's Journey into Night (2018), dan Decision to Leave (2022). Tang Wei telah menerima berbagai penghargaan, termasuk penghargaan dari Festival Film Cannes, Golden Horse Film Festival, Blue Dragon Film Award, dan dua Baeksang Arts Awards. Keberhasilannya dalam Baeksang Arts Awards membuatnya menjadi satu-satunya non-Korea yang pernah menerima penghargaan dalam kategori Best Actress - Film.
Selain itu, Tang Wei juga telah beberapa kali masuk dalam daftar Forbes China Celebrity 100, dengan peringkat 70 pada tahun 2013, peringkat 38 pada tahun 2014, dan peringkat 55 pada tahun 2015. Kesuksesannya dalam dunia hiburan membuatnya menjadi salah satu aktris terkenal dan diakui di China. Tang Wei adalah seorang aktris yang berbakat dan berprestasi, yang terus mengukir karirnya dalam industri hiburan.