2013年1月，周元搭檔崔江熙出演MBC水木劇《七級公務員》，飾演可愛驕傲癡情的韓吉路。周元在《七級公務員》結束後，馬上進入電影《Catch Me》的拍攝，《Catch Me》是周元2011年以《特搜本部》在大銀幕電影出道之後首次擔當主演的電影作品。8月，周元與文彩元一同出演KBS月火劇《good doctor》，在劇中扮演擁有學者綜合症的自閉青年樸施溫。該劇以最高21.5%的收視率收官，周元憑藉該劇獲得KBS演技大賞三大電視臺PD選擇演技者獎、男子最優秀演技獎、網絡人氣獎、情侶獎和第26屆韓國PD大獎演員獎。11月，周元選擇音樂劇《GHOST》迴歸時隔4年的音樂劇舞臺。該音樂劇改編自1990年由帕特里克?斯威茲、黛米?摩爾兩人聯袂主演的人氣影片《GHOST》。周元飾演山姆?維特，公演從2013年11月24日持續到2014年6月29日。2014年10月，KBS電視劇《明日如歌》開播，周元在劇中飾演外貌、才能兼備，卻患有高空恐懼症的完美音樂才子車宥鎮。該劇講述了車宥鎮與沈恩京飾演的天才鋼琴少女薛明日通過音樂相識相愛，最終互相治癒、一起成長的故事。11月6日，與崔雪莉、安宰賢主演的愛情喜劇電影《時尚王》上映。《時尚王》改編自同名人氣漫畫 ，講述了一名平凡的好學生虞啓明（周元飾）爲了追求喜歡的女生郭恩珍（崔雪莉飾）而決心成爲時尚王的故事。
2015年7月3日，與鄭允浩、“國樂少女”宋素姬出席在韓國光州舉辦的世界大學生夏季運動會開幕式，壓軸表演傳統國樂音樂劇，周元的主題是“今日的青春”。8月5日，SBS水木劇《龍八夷》播出，周元飾演一位實力超羣的外科醫生金泰賢。該劇主要講述了不問場所和患者，只要給錢就會出診的頂尖外科醫生和在醫院陷入昏迷的女繼承者之間發生的獨特浪漫故事 ，被稱爲2015年“收視最逆天”的強力之作。周元憑藉該劇獲得2015年“SBS演技大賞”的中國網民投票人氣獎、十大明星獎、最佳熒幕情侶獎和大賞。 10月28日，周元攜手劉海鎮、李宥英主演的電影《就是那個傢伙》上映，該片不僅佔據了當天預售率榜單首位，而且以456185觀影人次獲得當週票房冠軍。《就是那個傢伙》講述在1999年釜山的一個小村莊裏，女學生被害身亡，她的哥哥爲了追查真兇孤軍奮戰，最後不得不借助巫術的力量，是一部懸疑片。周元飾演平凡的漁村青年張宇，在片中變身粗糙漢子，他爲此增重8公斤、剪短頭髮，同時還挑戰慶尚道方言演技。11月，周元搭檔鄧家佳拍攝首部中國電視劇《愛情也包郵》，飾演快樂風趣的陽光快遞員晨曦。
如果說在《麪包王金卓求》中，周元的演技還顯得稚嫩，但通過接連出演的這幾部作品，他的演技正在以驚人的速度快速提高。在30多歲男演員發揮魅力的當下，周元快速吸收着不同的演技方式，並以符合自身形象的力度釋放着獨有的魅力，隨着時間的積累，必將能看到更爲驚人的變化。周元在圈中是出了名的禮貌男，即使出演了多部收視高的作品，他也並沒有改變待人處事的態度，在他的人生字典中，懂禮貌是最爲重要的事情。虛心接受他人給予的意見，尤其是在前輩面前，這也使得周元獲得了極高的口碑。
