2003年，《征服》 成为他的成名之作，饰演的 刘华强 是凶悍狠辣的黑恶势力头目，一句“这瓜保熟吗”至今仍是观众津津乐道的经典台词，该角色也成为中国警匪题材电视剧的标杆。2005年《半路夫妻》中，他转型演绎管军，一个出狱后重建生活的男人，在硬汉外壳下流露细腻情感，拓宽了角色边界。
黄金时期：谍战传奇与都市群像2008-2014 2008年《落地，请开手机》里，孙红雷一人分饰沈亢与王浩，前者是冷静智勇的国安人员，后者是痞气十足的社会混混，双面角色的切换堪称演技教科书。2009年《潜伏》 成为现象级作品，他饰演的 余则成 是潜伏在军统的地下党员，用隐忍与智慧在刀尖上行走，内敛深沉的表演让角色深入人心，该剧也奠定了他在谍战剧领域的地位。
2011年《男人帮》中，他化身都市白领顾小白，与黄磊、汪俊组成“男人帮”，探讨现代爱情哲学，台词犀利幽默，展现出轻松诙谐的一面。2014年《一代枭雄》里，他饰演何辅堂，从留洋青年到一方枭雄，在乱世中书写传奇人生，角色跨度之大令人惊叹。
多元转型：温情与现实的碰撞2016-2021 2016年《好先生》 中，孙红雷颠覆形象，饰演 陆远，一个毒舌又颓废的米其林厨师，在照顾亡友之女的过程中重拾人生，硬汉底色中融入温情与脆弱，成为都市剧里的独特存在。2019年《带着爸爸去留学》里，他是黄成栋，一个操碎了心的中国式父亲，在异国他乡与儿子斗智斗勇，幽默中带着对亲子关系的反思。2020年《新世界》中，客串饰演金海，北平监狱长的重情重义与江湖气，虽戏份不多却令人印象深刻。
2021年《扫黑风暴》 再次引发热潮，他饰演的 李成阳 是游走在黑白边缘的前警察，在扫黑除恶中揭开陈年旧案，眼神里的挣扎与坚定，将复杂人性演绎得淋漓尽致。
从江湖大佬到平凡父亲，从地下党员到都市青年，孙红雷的电视剧作品涵盖警匪、谍战、都市、年代等多元题材，每个角色都烙印着他独特的表演风格，成为观众心中不可替代的荧屏记忆。