陈思诚和曹曦文的感情维持了3年，至于分手原因，依旧是众说纷纭。而那时的陈思诚已经不再满足做一名演员。

在和曹曦文分手后，陈思诚也演了一些影视剧，但他改变了事业方向，他要自导自演，于是有了电视剧《北京爱情故事》。却也是因为《北京爱情故事》，陈思诚遇到了佟丽娅。

2010年陈思诚开始为电视剧《北京爱情故事》寻找合适的演员，有一天佟丽娅去别的剧组面试，结果她走进了《北京爱情故事》剧组面试演员的房间，她走错了。但是既然进来了，那就聊聊，这一聊，《北京爱情故事》剧组觉得佟丽娅很不错，佟丽娅就这样出演了《北京爱情故事》。

在拍摄《北京爱情故事》的过程中，陈思诚对佟丽娅动心了，他对她展开了追求。面对陈思诚的追求，佟丽娅不知道如何是好，她说：“我顾虑比较多，其实我不太接受交圈里的男朋友，而且他还那么优秀，觉得他不太有安全感。我倒希望找一个很普通的人，过很普通的日子还挺好的。”最终促使佟丽娅选择和陈思诚在一起是因为她闺蜜杨幂的一句话，杨幂对她说：“你为什么不给彼此一个机会呢？”

佟丽娅给了陈思诚机会，他们开始了地下情，2012年3月他们在《快乐大本营》上公布了恋情。2014年1月16日，他们在大溪地举行了婚礼，在婚礼现场陈思诚对现场来宾说：“我是一个不会表达的人，对家人、对朋友，对我爱的佟丽娅也一样，结婚，就不会离婚！老婆，就这一个！”而在这一年缔造他们姻缘的《北京爱情故事》也拍摄了电影版并且在上映后收获了很高的票房。这一年陈思诚可谓是事业有成，爱情美满，但是陈思诚并不满足于此。