2015年9月，张子健在姚晓峰执导的都市爱情喜剧《小丈夫》中饰演派出所长孙志安。10月，主演由国建勇、谢泽执导的古装剧《惊天岳雷》，在剧中饰演南宋奸臣秦桧。11月27日，张子健主演由钱雁秋执导的反特剧《津门飞鹰》，在剧中饰演燕双鹰。

2016年，张子健主演都市轻喜剧《我的！体育老师》，在剧中饰演房地产商人赵岭。同年，友情出演由崔亮执导的谍战剧《暗刃》，在剧中饰演军统情报局局长萧楚寒。同年，参演由杨珊珊执导的电影《盗梦者》，在影片中饰演公安局长。11月，与孙淳、张雯和任天野共同主演抗战剧《民族记忆》，在剧中饰演蒋介石高级侍从和高级参谋（共产党卧底）关山度。

2017年3月，张子健主演张辉力执导的军旅剧《军人使命》，在剧中饰演青陶。4月，与刘奕君、姜武共同主演年代剧《上海五虎》，在剧中饰演上海公安局长钱正东。9月，与杨志刚、寇世勋、倪虹洁共同主演年代剧《勇敢的心2》，在剧中饰演欧阳正德。这是16年签约《完美建信》后，首次与郭靖宇导演团队合作。12月，主演由钱雁秋执导的武侠悬疑推理剧《秋官课院之狄仁杰浮世传奇》，在剧中饰演铁王爷。

2018年4月，张子健与石兆琪、王雨甜共同主演公安边防缉毒题材电影《利刃破冰》，在片中饰演林浩然。同年10月，主演由戴冰执导的年代剧《库尔班大叔和他的子孙们》，在剧中饰演人民解放军指导员柯有田。

2019年1月，张子健与李崇霄共同主演都市情感单元剧《爱的品格》，在剧中饰演日系时尚大叔樊华。