2013年1月，周元搭档崔江熙出演MBC水木剧《七级公务员》，饰演可爱骄傲痴情的韩吉路。周元在《七级公务员》结束后，马上进入电影《Catch Me》的拍摄，《Catch Me》是周元2011年以《特搜本部》在大银幕电影出道之后首次担当主演的电影作品。8月，周元与文彩元一同出演KBS月火剧《good doctor》，在剧中扮演拥有学者综合症的自闭青年朴施温。该剧以最高21.5%的收视率收官，周元凭借该剧获得KBS演技大赏三大电视台PD选择演技者奖、男子最优秀演技奖、网络人气奖、情侣奖和第26届韩国PD大奖演员奖。11月，周元选择音乐剧《GHOST》回归时隔4年的音乐剧舞台。该音乐剧改编自1990年由帕特里克?斯威兹、黛米?摩尔两人联袂主演的人气影片《GHOST》。周元饰演山姆?维特，公演从2013年11月24日持续到2014年6月29日。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。

如果说在《面包王金卓求》中，周元的演技还显得稚嫩，但通过接连出演的这几部作品，他的演技正在以惊人的速度快速提高。在30多岁男演员发挥魅力的当下，周元快速吸收着不同的演技方式，并以符合自身形象的力度释放着独有的魅力，随着时间的积累，必将能看到更为惊人的变化。周元在圈中是出了名的礼貌男，即使出演了多部收视高的作品，他也并没有改变待人处事的态度，在他的人生字典中，懂礼貌是最为重要的事情。虚心接受他人给予的意见，尤其是在前辈面前，这也使得周元获得了极高的口碑。