D.O. hizo su actuación debut en la película Cart, haciendo el rol de un estudiante de secundaria, Choi Tae Young, cuya madre (interpretada por Yum Jung Ah) trabaja en una gran tienda de comestibles, y después de ser despedida injustamente de su trabajo, decide luchar por sus derechos y adoptar una postura contra la administración opresiva. La película se estrenó en el Festival Internacional de Películas de Toronto, en septiembrede 2014. El cantó la canción «Crying Out (외침)» para la banda sonora de la película.
Su discográfica S.M. Entertainment, confirmó que ahora en adelante el usaría su nombre de nacimiento para promoverse como actor y su nombre artístico D.O. para todas las actividades con EXO.
En ese mismo año, el apareció en el programa de SBS It's Okay, That's Love el cual actuaron Gong Hyo Jing y Jo In Sung como los roles principales.[6] Él desempeñó el papel de Han Kang Woo, un personaje principal masculino (interpretado por Jo In Sung). D.O. recibió elogios de los espectadores del drama, ya que logró retratar a este personaje complejo, a pesar de que él era un ídolo-actor novato. El fue nominado como «Mejor nuevo actor» y «Premio de popularidad masculino de TV» en los 51st Paeksang Arts Awards en 2015. D.O. ocupó el número uno por los críticos entre 40 ídolo-actores que han participado en dramas en 2014.
En junio de 2015, el hizo una aparición especial en el drama de KBS Hello Monster, actuando como un psicópata frío llamado Lee Joon Young. Su acción dejó una fuerte impresión en los espectadores, dibujó una alta alabanza de internautas, la crítica y la industria.
Poco después, D.O. era el protagonista principal masculino en la próxima película de romance Pure Love, junto a la ascendente actriz Kim So Hyun. La película comenzó a filmarse en junio en Goheung, Provincia de Jeolla, Corea del Sur. En julio, fue anunciado que D.O. se ofreció como protagonista de la película Older Brotherjunto con la actriz Park Shin Hye y el actor Jo Jung Suk. En agosto, fue confirmado que D.O. desempeñará el papel de hermano menor de Jo Jung Suk, Doo Young, que es un atleta de Judo nivel nacional. El 11 de enero de 2016, se confirmó que D.O. conducirá el elenco de actores de doblaje en la película animada, «Underdog». La película está programada para su estreno en 2017. D.O. hará el papel de Moongchi, un perro callejero que se separa de su dueño. Desencantado por su abandono, Moongchi se embarca en una aventura para descubrir un reino desprovisto de seres humanos, conociendo un montón de otros perros en el camino.
El abril de 2016, D.O. actuó en With God de Kim Yong Hwa, una adaptación sobre una corte en el más allá donde los difuntos se someten a múltiples ensayos durante 49 días. Actuó junto con actores de la A-List Ha Jung Woo, Cha Tae Hyun y Ju Ji Hoon.
