Melanjutkan kariernya di dunia film Indonesia, ia berperan di film pendek yang berjudul Drupadi, di mana ia juga bertindak sebagai produser pada film ini.
Pembawa obor pada ajang Olimpiade 2008 ini kembali disandingkan bersama Nicholas Saputra pada film yang berjudul 3 Doa 3 Cinta yang merupakan film dengan nuansa religius yang dibesut oleh sutradara Nurman Hakim.
Pada ajang International Festival of Asian Cinema Vesoul, 3 Doa 3 Cinta berhasil membawa pulang penghargaan Grand Prize of the International Jury.
Dian Sastro juga berkesempatan melangkahkan kakinya di Cannes Film Festival 2012 di Perancis mewakili Asia Tenggara sebagai brand ambassador L'Oreal Paris yang merupakan official make-up gelaran bergengsi tersebut.
Tahun 2014, Dian Sastro dan dua temannya mulai merintis usaha bisnis bersama yaitu 3 Skinny Minnies dalam usaha katering diet.
Tahun 2016, nama Dian Sastro kembali tayang di layar lebar dalam sekuel kedua film legendarisnya, Ada Apa Dengan Cinta? 2.
Tahun 2017 akhirnya Dian dan anggota 3 Skinny Minnies membuat usaha bisnis baru lagi, yaitu sebuah restoran di Senayan City, Jakarta yang bernama The MAM.
Bisnis baru yang digelutinya adalah startup fotografi, yaitu Frame A Trip.
Dian Sastro juga kembali bermain film layar lebar, Kartini yang tayang pada bulan April 2017.(*)