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2003年，接拍电视剧《小兵张嘎》，饰演主角嘎子（张嘎）而成名。
2006年以全国生、旦、净、丑专业总排名第一的成绩考入中国戏曲学院。同年，出演电影《龙的使命》，饰演小龙。
2007年，在与叶青青、刘景毅联袂主演的电影《继母日记》中饰演韩子毅；同年还出演电影《铁警雄风》，《留下来陪你》。电视剧方面，出演成浩导演作品《纯真年代》。
2008年，与杨丽晓、徐松子、张志彤主演阎建钢指导电影《一声唿哨》，在影片中饰演千勇。
2009年年初，谢孟伟接拍了献礼片《铁人》，在这部根据王进喜的先进事迹改编的影片《铁人》中，谢孟伟扮演的是王进喜最小的徒弟“小豹子”孙明元。同年，出演军旅题材的电视剧《我的团长我的团》。
2010年，在电视剧《为了新中国，前进》中，扮演董存瑞的同乡兼战友郅振彪。同年，与王宝强联合出演电视剧《夺宝》，饰演神枪手。
2011年，加盟电影版《小小飞虎队》，大展搞笑天赋，为电影增加不少趣味。同年，还与朱时茂，钟梅，苏瑾主演电影《让我再抱抱你》，饰演孙强。
2012年，与吴奇隆、甘婷婷、王新等共同主演电视剧《向着炮火前进》，饰演爱恨分明、敢作敢为的桩子。
2013年，谢孟伟加盟由云南卫视主办的青春纪实节目《士兵突击》，圆了自己的军人梦。
2013年，谢孟伟与王挺、王珂、王新等共同主演电视剧《英雄联盟》，饰演明面上是商人，背后实为锄奸小分队队员的余文墨。
2014年，与吴奇隆、唐于鸿、王新合作，主演都市电视剧《向着幸福前进》，饰演李强。同年与谭凯、蒋欣、程煜合作主演电视连续剧《边城》，饰演梁文权的助理。
2015年，在高能喜剧《非常同伙》中挑战反派角色。谢孟伟主演的都市温情大戏《背着奶奶进城》于11月6日在山东卫视播出。
谢孟伟多以抗战英雄形象示人，因此他在剧中的硬汉形象也让人印象深刻，再加上他厉害的功夫，漂亮的旋风踢，让他在功夫之星中占据一席之地。由于参演许多战争类电视剧，谢孟伟被媒体称为“战争专业户”。（腾讯娱乐评）谢孟伟在剧中塑造的英雄形象观众们已经并不陌生，他在剧中总是呈现出大义凛然的决绝。（搜狐娱乐评）
谢孟伟抗战英雄的形象深入人心，他所饰演的嘎子、石头、余文墨等角色都被人津津乐道，因此有抗日专业户之称。在拍摄完抗战剧《我要当八路》之后，他出演了现代剧《向着幸福前进》，在剧中一改英雄形象，以小人物李强登场，紧接着他主演的新戏正在紧张拍摄，让人对他的新形象期待不已。
对谢孟伟在屏幕上经常塑造的军人形象，观众们已再熟悉不过，他接连拍摄两部现代剧，引起人们对他是否有意转型的关注。总而言之，无论以何种形象出现，只要是好作品，就一定会获得观众的认可，期待谢孟伟新戏继续发力。
