在2016年，他担任了悬疑题材电影《解梦》的主演，凭借该片进一步积累了表演经验。进入2017年后，他的演艺事业持续活跃，先后在多部类型各异的作品中担纲主要角色：其中包括一部以穿越时空为背景的电影《拐个公主回大唐》，一部融合现代都市与魔幻元素的电视剧《山海经破蛊师：食梦貘》，以及一部充满想象力的奇幻爱情电影《玄魔笔记之妖女灵蛇》。这些作品展现了他驾驭不同题材的多样演技。
二零一九年九月二十三日，一部由严屹宽、范世錡、杨仕泽等演员共同参与的军旅题材剧集《飞行少年》于爱奇艺与腾讯视频平台同步上线首播。在该剧中，他塑造了一位来自空军青少年航空学校的学员陈翔宇，这个角色表面看似玩世不恭、不拘小节，实则内心善良且充满热情，其家庭背景被设定为富裕的二代子弟；与此同时，他还与范世錡、杨仕泽、张哲等合作演员一同献声，演唱了该剧的主题曲《主场》，这首歌曲亦收录于剧集原声专辑《飞行少年》之中。进入二零二零年，六月二日，他与朱亚文、金晨联手出演的现代都市悬疑剧《十日游戏》在爱奇艺独家播出，剧中他诠释了角色沈辉年轻时期的复杂面貌，展现出人物在善恶之间摇摆、一念成魔一念成佛的深刻内心挣扎；随后在九月二日，他又参演了由王千源与鹿晗领衔主演的犯罪科幻悬疑剧《在劫难逃》，该剧同样于爱奇艺首播，他在剧中扮演警队成员小天，其举止洒脱随意，性格乐观开朗，为剧情增添了不少轻松活泼的色彩。时间来到二零二一年五月二十五日，他与唐国强、黄晓明等众多演员共同出演的革命历史题材剧集《光荣与梦想》在东方卫视与北京卫视联合首播，在剧中他饰演了黄埔军校第一期毕业生、在抗日战争中享有“鹰犬将军”称号的著名将领宋希濂，生动再现了这位历史人物的风采与事迹。
二零二二年十二月十二日，由王放、马藜等共同参与演出的年代情感大剧《灿烂的季节》于中央电视台八套正式与观众见面，剧中他塑造了才华横溢却因攀附权贵而逐步堕入犯罪深渊的复杂角色——男二号段云平。次年十二月十二日，他与王仁君、宁理等演员联袂呈现的革命历史献礼剧《问苍茫》在央视一套迎来首播，其饰演的是被誉为“中国第一次为无产阶级而牺牲的先烈”、湖南工人运动杰出领袖及湖南劳工会创始人之一的庞人铨，这一角色深刻展现了早期革命者的铮铮铁骨。进入二零二四年二月二十七日，其参演的古装剧集《紫川·光明三杰》在爱奇艺与腾讯平台同步上线，剧中他化身被紫川秀收编至秀字营、兼具风流倜傥气质与侠骨豪情的义士阿泽；同年十一月五日，另一部由其出演的近代革命题材剧作《西北岁月》也如期播出。二零二五年五月十三日，他与李现、魏大勋等人合作演绎的年代史诗剧《人生若如初见》在爱奇艺平台播出，剧中他生动诠释了男主人公自幼相识的挚友荣格，一位甘愿为兄弟两肋插刀、肝胆相照的忠义人物；五月三十日，其再度与杨旭文、刘宇宁等携手带来的少年热血权谋电视剧《紫川之光明王》于爱奇艺亮相，此次他依然饰演以秀字营为重、视紫川为信仰且豪情不减的阿泽；七月二日，由他携手金瀚、宣璐等主演的青春甜燃军旅群像剧《爱上海军蓝》登陆腾讯视频与爱奇艺，剧中他扮演了一位以朴素为风格、以乐观为常态的媒体编导阿海；至九月三十日，其参演的谍战题材剧集《沉默的荣耀》亦如期与观众见面，进一步丰富了其在不同类型作品中的表演轨迹。
韩明霖在影片中将反派角色那种深入骨髓的阴狠气质，以及对爱人嬴鱼兽绵长而灼热的思念之苦，刻画得入木三分，情感展现极具层次与穿透力。戏里，人物怀抱着对蓝天梦想的执着追逐；戏外，韩明霖为彻底融入角色同样付出了超乎寻常的努力。在零下二十度的严寒拍摄环境中，他仅穿着单薄的飞行服，却始终身姿挺拔、目光坚定，毫无保留地展现出军人特有的坚毅风范，让角色的灵魂深深烙印在自己的每一寸心绪与每一个行动之中。为了完成在冰天雪地的东北地区进行的长时间专项训练和高强度拍摄，韩明霖不仅需要对抗极端的气候条件，还必须直面与生俱来的恐高症所带来的心理挑战。最终，他凭借顽强的意志与对表演事业的深切热爱，跨越了身心双重障碍，圆满而生动地诠释了所饰演角色的复杂内心与成长轨迹。