2003年出演《隋唐英雄传》李世民。2010年主演《五星红旗迎风飘扬》获得第28届中国电视剧“飞天奖“一等奖，郑国霖在剧中饰演两弹元勋邓稼先。2013年在电视剧《像火花像蝴蝶》中饰演唐立平，该剧荣获第十届电视制片业十佳颁奖礼“十佳优秀电视剧”奖。2014年主演《隋唐英雄3》饰演唐太宗李世民。

      2015年，情感催泪大剧《当人心遇上仁心》在辽宁卫视上星播出，该剧讲述了弃婴孙小虎从小被收养，又被拐卖到农村改名季得生，在艰苦环境下长大的他练就了坚强坚韧的个性，也凭借着自己的努力成为了一名优秀的医生。一宗由护士引起的医疗事故把善良的季得生卷入其中，而这起事故虽然让人经历很多悲欢离合的瞬间，季得生却因祸得福，最终和幼时收养自己的母亲团圆的故事，剧中郑国霖饰演季得生。

      从《美人天下》到《像火花像蝴蝶》再到《新神雕侠侣》，郑国霖用自己独特的表演展示了自己出色的演技，也因为俊朗的外形和阳光的性格被誉为内地实力派演员。