2001年，保羅·貝坦尼在《美麗心靈》中扮演了查爾斯。查爾斯是男主角約翰·納什（羅素·克勞飾）幻想出來的人物，是納什的室友、好朋友。他還在片中結識了自己的妻子，女主角艾麗西婭的扮演者詹妮弗·康納利。2003年8月5日，兩人的兒子出生。

2003年，保羅·貝坦尼出演了拉斯·馮·提爾執導的影片《狗鎮》。影片全部在瑞典攝影棚內拍攝，場景縮減到只剩地板上的零星道具和粉筆印，非常接近於舞臺劇。保羅·貝坦尼在其中飾演一位青年作家，他發現了逃亡到小鎮的少女格瑞斯（妮可·基德曼飾），幫助了她，但最終也出賣了她。

童年，他又與羅素·克勞搭檔出演了《怒海爭鋒》。憑藉在該電影中的表演，保羅·貝坦尼獲得了英國電影和電視藝術學院獎最佳男配角提名。這次他飾演的是一個外科軍醫，為了能更好地詮釋角色，保羅·貝坦尼前往位於倫敦的皇家外科醫學院，學習如何使用十八世紀的外科器械。

保羅·貝坦尼的膚色和眉毛常常被外界評價“顏色過淺”，2006年，他便在《達芬奇密碼》中扮演了白化病殺手塞拉斯，這也成為他的經典銀幕形象之一。但他並不滿足於化妝呈現的慘白面板，還將一頭金髮染成白色，並把深藍的眼睛改為血紅。

2009年，他與妻子詹妮弗·康納利合作主演了英國傳記影片《造物弄人》。保羅·貝坦尼在片中飾演飽受病痛折磨仍堅持真理的達爾文。2009年也是達爾文誕辰200週年。

2010年，他出演了電影《基督再臨》，在其中飾演對人類深感同情的天使長。該片採用了宗教故事做背景，但所講述的主要還是人類面對天使和惡魔時的情形，在劇情和特效上表現不佳，因此最終評價不高。

在2011年的電影《商海通牒》中，保羅·貝坦尼飾演一位處於商界食物鏈頂端的反派人物，面對風暴無所畏懼也不知羞恥。該片為導演J·C·陳多爾的長片處女作，入圍了當年的奧斯卡最佳劇本提名，並斬獲了數個導演處女作大獎。

2014年4月18日，他與約翰尼·德普等人聯袂出演的《超驗駭客》在中美同步上映。這部片子是克里斯托弗·諾蘭導演御用攝影師瓦利·菲斯特的導演處女作，影片還集結了《盜夢空間》《蝙蝠俠三部曲》的原班製作團隊。但這部高投資影片最終票房慘淡。

在為賈維斯配音之後，保羅·貝坦尼延續了自己與漫威的緣分，“幻視”成為他在漫威宇宙中的新角色。這個角色的身體由奧創用“再生搖籃”製造，材料是瓦坎達振金，生命來源於洛基權杖上的心靈寶石。在2018年電影《復仇者聯盟3：無限戰爭》中，“幻視”因為自己頭上的心靈寶石連死兩次。

2017年，保羅·貝坦尼與阿沙·巴特菲爾德合作出演電影《旅程終點》。電影改編自知名戲劇家R·C·謝里夫1928年創作的戰爭話劇《旅程盡頭》，該片也幫助保羅·貝坦尼獲得了第8屆北京國際電影節最佳男配角獎。