2002年，孫大川在英達導演的《售樓處的故事》中飾演包先生。
2004年，由孫大川主演的電視劇《關中婦女》飾演金星龍，當晚再次在山東衛視播出。這是該電視臺繼2006年首播後第二次強勢推出該劇。同年，孫大川和著名演員景寧在話劇《魂斷樓蘭》中飾演主角，孫大川分別飾演蕭也和白碧。孫大川，京人藝的後起之秀，同時扮演兩個角色。
2005年，由孫大川飾演、演員杜淳、徐敏、龔若飛執導的《歡樂頌》是中國電視劇史上第壹部以科學為題材，以真實歷史事件承載厚重人文追求，表明尊重客觀科學規律才是穩定發展的硬道理的科學大片。
2006年，孫大川在電視劇《夢回春谷》中飾演陳寶良，與孫藝菲、巍子、陳瑤和柏寒聯袂主演。同年，李·在《紅綾飄零》中擔任總導演，獲得飛天獎和香港金像獎，而在劇中飾演廖恒。
2007年，由王小康執導，亦儒、楊雪、鄭平、孫大川等主演的《快樂李九號》講述了改革開放30年間，北京兩個普通家庭之間的故事，通過父母的故事，反映了壹個時代的變遷，以及個人命運在壹個大時代的沈浮。
2007年，因耿執導，孫大川、王新軍、張蓓蓓、苗苗等主演的30集電視劇《離開軍營的日子》，孫大川在劇中飾演王勇。
2008年，在電視劇《大篷車》中扮演陸。同年，他在由編劇並執導，由、、楊玫和聯合主演的電視劇《金融危機中的姐妹》中飾演陸。
2009年，《去南陽》是繼央視《去東方》、《去西方》之後，中國又壹部反映近代史大遷徙題材的電視劇，也是央視“去東方、去西方、去南陽”三部曲的最後壹部。由沈好放執導，余誌賢、連嶽編劇，孫大川、大衛、黃聖依、張默、吳媽、元華、童蕾、隋俊波主演；同年，孫大川和蔣欣主演了電視劇《戈壁的孩子》。該劇在講述兵團第三代回到父輩創業之地的故事的同時，立體地展現了兵團上下幾代人豐富多彩的性格。孫大川飾演的朱小川全面描述了新時期西部大開發的繁榮景象。
2010孫大川飾演的陳中《摩西的密碼》，以壹位在中國生活了60年的猶太老太太的記憶為線索，講述了壹部抗日戰爭時期發生在上海的具有國際主義情結的英雄史詩。同年，孫大川、林莉、Asru、吳京安、林永健、郭達在《媽媽的浪漫》中飾演潘曉華，講述了壹段在特殊情況下產生感情，卻因為各種故事引發壹系列恩怨的婚姻。該劇於5月9日江蘇衛視首播，2011。
2011《冬雪》中飾演閻正，由孫大川、阿曼達、劉丹、劉雪華主演。天元紅、邱國強、聯合執導，並啟用《流星花園》編劇邊立民編劇。同年，孫大川、阿曼達、孫巖、曹海軍、王全有、修宗迪、張穎主演了由婁儉執導的以民國為背景的諜戰劇《金陵的秘密》。
2014年，孫大川在話劇《爸爸靠》中飾演陳玉敏，講述了原三江市第十五中學校長帶領兒子徐思琪和女兒徐丹霞，壹家人被送到華北縣城的故事。由於雙安中學革委會主任黃爾智的介入，徐濤家族被引入壹系列復雜的關系和事件中。同年，導演楊洋編劇並執導《今夜天使降臨》，由、、李、、阿蔓達、田征、安安、姜曉沖、鮑喜慶等主演。該劇於7月313在浙江衛視、深圳衛視、陜西衛視首播。同年參演沈好放導演的電視劇《我們走在路上》飾演範李思；
2014《我的兒子是朵奇葩》是由安徽廣播電視臺、浙江華誼兄弟電影投資有限公司聯合出品的都市喜劇，由著名導演王軍執導，孫大川、大衛、關悅、徐百卉、郭家銘、蔡宜達主演，胡潤北飾演。同年，《歡樂季》由知名導演沈好放打磨十年，力求超越孫大川劇中多嘴多舌的張大民飾演的吉劍的幸福生活。
2014《我為兒孫漂》由《裸婚》的創作者滕華濤監制，執導，編劇，尹濤、塗等主演。由孫大川飾演徐總。2065438+2005年4月6日，16登陸江蘇衛視黃金檔，獨播。
2015《勇士趙子龍》是由浙江永樂影視制作有限公司出品的古裝劇，由程立東、郭、執導，、林允甲、、主演。
2015《左輪手槍》是於敏導演的民國抗戰劇，林永健、張晞臨、蔣欣等主演。電視劇《左輪手槍》由孫大川劇中的徐小刀和徐大道飾演。
2015《新婚公寓》是由陳暢導演執導，傑克森·易、、田雷、關樂、等主演的當代都市喜劇。孫大川在電視劇《新婚公寓》中扮演陸大頭。
2015《我和我嫂子》由著名導演執導，程編劇，劉佩琦、、、耿玉飛、傅藝偉、、陳思思、主演。
2015《魂與肉》是由寧夏回族自治區黨委宣傳部策劃發起，寧夏電影集團承辦的電視劇。該片由婁鍵執導，凱文、孫茜、叢珊、尤勇智、洪宇舟、林鵬、黃小蕾和孫大川等明星聯袂主演。
2015《捉狼》由北京廣播影視傳媒有限公司等出品。該劇講述了四個幫派組成“狼盟”尋釁滋事，精英小分隊臨危受命“抓狼”。在電視劇《捉狼》中，飾演張。
2015演員孫大川在話劇《林元》中飾演欒平的外號“小爐匠”，是乃頭山徐大媽的聯絡副官。負責奶頭山所有對外聯絡工作，與楊子榮(李光潔飾演)有多場對手戲。