2009年3月28日,出演校园剧《极道鲜师3毕业特别篇》在日本电视台播出；7月11日,出演《
极道鲜师电影版》上映。2011年4月18日,出演由香取慎吾主演的富士台月九剧《请一定要幸福》；7月16日,首次担任主演的日剧《原来是美男啊》在TBS台播出；8月10日,该剧主题曲《everybodygo》作为Kis-My-Ft2的首张单曲CD出道；9月23日,《原来是美男啊》原声大碟在公信榜专辑排行上获得冠军,这张CD发售首周就卖出15万张。2012年1月12日,在山下智久主演的电视剧《最完美的人生终点》中客串演出；4月15日,出演中居正广主演的TBS日九推理剧《ATARU》；5月,参加朝日电视台综艺节目《黄金传说》,挑战“一个月一万日元生活”环节,成为杰尼斯偶像首位挑战者,历经困难最终获胜；9月3日,首次参演由龟梨和也主演的舞台剧《DREAMBOYS》；10月13日出演的《电影版私立马鹿兰高校》上映；12月27日,再次参战《黄金传说》,挑战3天2夜无人岛生活特别企划。2013年1月6日,出演的犯罪剧《ATARU特别篇~来自纽约的挑战书~》播出；1月11日,初次单独主演朝日电视台的时代穿越剧《
信长的主厨》；7月18日,主演改编自同名漫画的《歌舞伎华之恋》在TBS台播出；9月,初次担任舞台剧座长出演《DREAMBOYSJET》；9月14日,出演的电影版《ATARU-THEFIRSTLOVE&THELASTKILL》上映。2014年4月5日,主演的世界奇妙物语2014年春季特别篇之《二ートな彼とキュートな彼女》在富士台播出；7月10日,主演的《信长的主厨2》在朝日台播出,并从原来的深夜档升级进入黄金档；9月4日,担任座长出演舞台剧《DREAMBOYS》；9月,个人代言的第一支广告《NatureLab"LAVONSLELINGE"衣物柔软剂》在各大电视台播出。玉森裕太2015年1月6日,特别出演由草彅刚主演的富士冬季火十剧《钱的战争》；在8月7日发行的女性时尚杂志《anan》的“SEX特辑号”中首次挑战全裸上镜,一改往日可爱形象,荷尔蒙全开,大秀性感身材和表情,之后主演的《毛骨悚然撞鬼经》2015夏季特别篇《
如影随形》于8月29日在富士电视台播出；9月3日,担任座长出演舞台剧《DREAMBOYS》并迎来该舞台剧公演500回纪念；10月15日,主演读卖电视台新剧《青春侦探晴也》,在剧中他首次挑战大学生侦探一角；11月21日,首次担当电影主演,携手西内玛利亚出演人气作家有川浩原作小说改编的真人电影《
雨树之国》。2016年,为好莱坞电影《
神战：权力之眼》担任日语配音,这也是他首次挑战配音工作；9月,继续担任座长出演舞台剧《DREAMBOYS》。同月和团员宫田俊哉合作为《LINEポコポコ》热门手游代言；12月,主演杰尼斯全新舞台剧《JOHNNYS'ALLSTARSISLAND》。2017年4月,出演由藤原龙也,户田惠梨香主演的TBS金十电视剧《
反转》；10月,主演改编自同名漫画的侦探悬疑剧《重要参考人侦探》在朝日台金11档播出。2018年3月,玉森裕太主演电影《
平行世界·爱情故事》,女主由吉冈里帆饰演,与饰演主人公好友的染谷将太一起上演三角恋。2019年6月8日,主演电视剧《
世界奇妙物语2019雨之特别篇》的单元故事《献给倒立少女的钢琴奏鸣曲》播出；10月20日,参演的由木村拓哉主演的电视剧《GrandMaison东京》开播,在剧中扮演主人公尾花夏树的徒弟平古祥平。2020年10月16日,与宫田俊哉共演的电视剧《BELOVE》开播。2021年1月12日,出演由上白石萌音主演的爱情剧《OH!MYBOSS!爱在副刊》播出,在剧中饰演笑容爽朗且是有钱人家的少爷宝来润之介。2022年7月22日,主演的职场恋爱剧《NICEFLIGHT！》播出；10月8日,主演的医疗剧《祈祷的病历：研修医的解谜诊察记录》。2023年2月17日,参加的电影《
夏洛克的孩子们》上映。。
