2014年10月，KBS电视剧《明日如歌》开播，周元在剧中饰演外貌、才能兼备，却患有高空恐惧症的完美音乐才子车宥镇。该剧讲述了车宥镇与沈恩京饰演的天才钢琴少女薛明日通过音乐相识相爱，最终互相治愈、一起成长的故事。  11月6日，与崔雪莉、安宰贤主演的爱情喜剧电影《时尚王》上映。《时尚王》改编自同名人气漫画 ，讲述了一名平凡的好学生虞启明（周元饰）为了追求喜欢的女生郭恩珍（崔雪莉饰）而决心成为时尚王的故事。

2015年7月3日，与郑允浩、“国乐少女”宋素姬出席在韩国光州举办的世界大学生夏季运动会开幕式，压轴表演传统国乐音乐剧，周元的主题是“今日的青春”。  8月5日，SBS水木剧《龙八夷》播出，周元饰演一位实力超群的外科医生金泰贤  。该剧主要讲述了不问场所和患者，只要给钱就会出诊的顶尖外科医生和在医院陷入昏迷的女继承者之间发生的独特浪漫故事 ，被称为2015年“收视最逆天”的强力之作。周元凭借该剧获得2015年“SBS演技大赏”的中国网民投票人气奖、十大明星奖、最佳荧幕情侣奖和大赏。  10月28日，周元携手刘海镇、李宥英主演的电影《就是那个家伙》上映，该片不仅占据了当天预售率榜单首位，而且以456185观影人次获得当周票房冠军。《就是那个家伙》讲述在1999年釜山的一个小村庄里，女学生被害身亡，她的哥哥为了追查真凶孤军奋战，最后不得不借助巫术的力量，是一部悬疑片。周元饰演平凡的渔村青年张宇，在片中变身粗糙汉子，他为此增重8公斤、剪短头发，同时还挑战庆尚道方言演技。  11月，周元搭档邓家佳拍摄首部中国电视剧《爱情也包邮》，饰演快乐风趣的阳光快递员晨曦。

2016年3月，首尔地方警察厅公布了的第340批义务警察选拔考试合格名单，周元登上了艺能特长兵(警察宣传团)的最终合格名单，将作为艺能特长兵履行国防义务，但入伍时间未定。  6月13日，韩国济州岛委任周元担任济州岛柑橘宣传大使及第14届济州柑橘国际马拉松大会宣传大使。  8月5日，出演的首部中国电影《夏有乔木雅望天堂》上映，该片由韩国导演赵真奎执导，周元在片中饰演霸道总裁曲蔚然。  10月，主演新概念科幻动作片《特勤》，饰演具有“捉妖天师”之称的新晋特殊要员徐基雄。  2017年5月，主演SBS青春历史剧《我的野蛮女友》，饰演汉阳第一才子牵牛。  5月16日，主动放弃义务警察服役资格，以现役入伍。

2020年8月28日i，搭档金喜善，主演SBS科幻电视剧《爱丽丝》开播，饰演患有先天性无痛症的刑警朴振谦  。