Namun, keduanya tidak berhasil di box office.
2009–2014: Iris dan meningkatnya popularitas di luar negeri
Kembali ke layar pada tahun 2009, Kim memainkan profiler NIS di film thriller aksi mata-mata Iris.
Film itu adalah salah satu drama Korea paling mahal yang pernah diproduksi dan merupakan kesuksesan komersial dan kritis dengan peringkat pemirsa rata-rata 30%.
Kim menitikkan air mata di KBS Drama Awards ketika dia memenangkan Excellence Award dalam Drama Menengah; yang merupakan penghargaan akting pertamanya, tidak termasuk pendatang baru dan popularitas.
Kim meninggalkan agennya saat itu, Namoo Actors pada Januari 2010 untuk bergabung dengan Lua Entertainment, yang didirikan oleh saudara iparnya.
Tahun itu, ia juga memainkan joki kuda yang bermimpi memenangkan kejuaraan di film olahraga Grand Prix.
Setelah kesuksesan Iris, dia kembali mendapat ulasan positif dalam serial komedi romantis My Princess (2011); Kim berperan sebagai mahasiswa biasa yang menemukan bahwa dia adalah bangsawan Korea.
Belakangan tahun itu, ia membintangi drama televisi Jepang pertamanya Boku to Star no 99 Nichi.
Drama Fuji TV, yang ditayangkan di Jepang dari Oktober hingga Desember 2011, meraih rata-rata 9 hingga 10 persen peringkat pemirsa.
Pada 2013, Kim membintangi drama periode sejarah pertamanya Jang Ok-jung, Living by Love sebagai selir kerajaan terkenal Hui-bin Jang.
Ini diikuti oleh peran periode lain, sebagai istri kaligrafer Tiongkok terkenal Wang Xizhi dalam drama televisi Cina Saint Wang Xizhi.
2015 – sekarang: kebangkitan karir
Kim kembali ke televisi Korea pada tahun 2015, memerankan pewaris yang pulih dari koma dengan bantuan seorang dokter yang disewa, Yong-pal tituler.
Acara ini mengumpulkan peringkat yang kuat dan Kim memenangkan penghargaan Top Excellence Acting dari Korea Drama Awards.