2001年，保罗·贝坦尼在《美丽心灵》中扮演了查尔斯。查尔斯是男主角约翰·纳什（罗素·克劳饰）幻想出来的人物，是纳什的室友、好朋友。他还在片中结识了自己的妻子，女主角艾丽西娅的扮演者詹妮弗·康纳利。2003年8月5日，两人的儿子出生。

2003年，保罗·贝坦尼出演了拉斯·冯·提尔执导的影片《狗镇》。影片全部在瑞典摄影棚内拍摄，场景缩减到只剩地板上的零星道具和粉笔印，非常接近于舞台剧。保罗·贝坦尼在其中饰演一位青年作家，他发现了逃亡到小镇的少女格瑞斯（妮可·基德曼饰），帮助了她，但最终也出卖了她。

同年，他又与罗素·克劳搭档出演了《怒海争锋》。凭借在该电影中的表演，保罗·贝坦尼获得了英国电影和电视艺术学院奖最佳男配角提名。这次他饰演的是一个外科军医，为了能更好地诠释角色，保罗·贝坦尼前往位于伦敦的皇家外科医学院，学习如何使用十八世纪的外科器械。

保罗·贝坦尼的肤色和眉毛常常被外界评价“颜色过浅”，2006年，他便在《达芬奇密码》中扮演了白化病杀手塞拉斯，这也成为他的经典银幕形象之一。但他并不满足于化妆呈现的惨白皮肤，还将一头金发染成白色，并把深蓝的眼睛改为血红。

2009年，他与妻子詹妮弗·康纳利合作主演了英国传记影片《造物弄人》。保罗·贝坦尼在片中饰演饱受病痛折磨仍坚持真理的达尔文。2009年也是达尔文诞辰200周年。

2010年，他出演了电影《基督再临》，在其中饰演对人类深感同情的天使长。该片采用了宗教故事做背景，但所讲述的主要还是人类面对天使和恶魔时的情形，在剧情和特效上表现不佳，因此最终评价不高。

在2011年的电影《商海通牒》中，保罗·贝坦尼饰演一位处于商界食物链顶端的反派人物，面对风暴无所畏惧也不知羞耻。该片为导演J·C·陈多尔的长片处女作，入围了当年的奥斯卡最佳剧本提名，并斩获了数个导演处女作大奖。

2014年4月18日，他与约翰尼·德普等人联袂出演的《超验骇客》在中美同步上映。这部片子是克里斯托弗·诺兰导演御用摄影师瓦利·菲斯特的导演处女作，影片还集结了《盗梦空间》《蝙蝠侠三部曲》的原班制作团队。但这部高投资影片最终票房惨淡。

在为贾维斯配音之后，保罗·贝坦尼延续了自己与漫威的缘分，“幻视”成为他在漫威宇宙中的新角色。这个角色的身体由奥创用“再生摇篮”制造，材料是瓦坎达振金，生命来源于洛基权杖上的心灵宝石。在2018年电影《复仇者联盟3：无限战争》中，“幻视”因为自己头上的心灵宝石连死两次。

2017年，保罗·贝坦尼与阿沙·巴特菲尔德合作出演电影《旅程终点》。电影改编自知名戏剧家R·C·谢里夫1928年创作的战争话剧《旅程尽头》，该片也帮助保罗·贝坦尼获得了第8届北京国际电影节最佳男配角奖。