2016年6月，主演竞技校园热血青春剧《电竞纪元》饰演的秦小天，并演唱了主题曲《时之彼方》。9月10日，作为明星红队队员参加“超级企鹅篮球名人赛”，最终以83-84惜败于蓝队。11月，在奇幻校园喜剧《我的冰冻男友》中担任男主角黄玄，原本是具冰尸，后被许诺复活，在21世纪中闹出了一系列乌龙事件。12月10日，出席腾讯视频星光大赏盛典，并现场演唱《丑八怪》和《小幸运》。

2017年1月17日，主演的古装玄幻网络剧《我的仙界学院》在腾讯视频上线，在剧中刘海宽饰演高冷学长炽银。10月30日，由林峰和唐艺昕主演的古装电视剧《独步天下》在腾讯视频播出，并在剧中扮演努尔哈赤的侄子济尔哈朗。

2018年8月9日，刑侦悬疑网络剧《法医秦明之幸存者》在腾讯视频播出，刘海宽在剧中出演刑侦队长林涛一角。12月1日，作为助演嘉宾参与录制的演技竞演类励志综艺《我就是演员》在浙江卫视播出。12月26日，参与录制的由人民网舆情数据中心、中国儿童少年基金会和腾讯视频联合出品的互联网公益节目《为爱下厨》在腾讯视频上线，在节目中刘海宽制作照烧鸡排。同年12月，做客人民网《公益星播客》；12月27日，都市职场爱情轻喜剧《勇往直前恋上你》在腾讯视频上线，刘海宽在剧中饰演周华明，并为该剧配唱插曲《如果我勇敢》。

2019年6月27日，由郑伟文和陈家霖联合执导的古装仙侠剧《陈情令》在腾讯视频上线，刘海宽在剧中饰演了蓝氏家主蓝曦臣，也是蓝忘机的哥哥；刘海宽凭该角色获得腾讯视频星光大赏年度潜力电视剧演员奖。同年，出演由连奕名执导，张翰、焦俊艳领衔主演的抗战剧《烽烟尽处》，剧中刘海宽饰演彭学文。

2020年4月，在古装传奇剧《长歌行》饰演一位武艺高强、潇洒诙谐的自在游侠的司徒郎郎。5月，在根据沧月同名小说改编的古装奇幻剧《镜·双城》中饰演少将军云焕。6月29日，主演的都市言情剧《不说谎恋人》在腾讯视频上线，刘海宽所饰演的李哲是一位建筑建模师，年轻有为、温柔幽默，却因曾在谎言中受到极大伤害而封闭了自己的内心；同时，该剧插曲《如果回头》也由刘海宽演唱。

2021年1月，出演微短剧《做梦吧！晶晶》。