2003年，执导个人第一部电影《少年英雄》，从而开启了他的导演生涯，该片由崔林、李梦男、陈松联袂主演，获得第11届中国电影童牛奖最佳影片及最受观众欢迎影片奖、团中央五个一工程奖。同年，与王珈联合执导由李幼斌、刘之冰合作主演的剧情片《惊心动魄》，该片获得第10届华表奖最佳故事片奖、百花奖最佳故事片奖、金鸡奖最佳故事片奖提名、北京大学生电影节组委会奖。

2004年，执导由崔林、范雷合作主演的动作片《枪手》，该片获得第11届华表奖最佳故事片奖提名、北京大学生电影节组委会奖、上海国际电影节影评人协会十佳故事片奖。

2005年，与韦廉、陈健共同执导战争片《太行山上》，该片获得第25届中国电影金鸡奖最佳故事片奖、北京大学生电影节组委会奖、上海国际电影节影评人协会十佳故事片奖、长春国际电影节最佳华语故事片奖、华表奖最佳故事片奖、第10届中宣部五个一工程奖特等奖、乌克兰共同胜利电影节大奖，沈东凭借此片第25届中国电影金鸡奖最佳导演奖提名、华表奖最佳导演奖提名。

2006年，执导并监制由孙海英、谢园合作主演的剧情片《你是天使》，该片获得美国独立电影促进基金会AOF国际电影节最佳外语片奖。2007年，执导传记片《曹火星》，该片获得浙江省“五个一工程奖”。

2009年，与王珈联合执导灾难片《惊天动地》，该片获得第30届大众电影百花奖优秀故事片奖、北京大学生电影节组委会奖及广州大学生电影节最佳影片奖，沈东凭借此片获得第30届大众电影百花奖最佳导演奖提名。同年，执导公益剧情片《寻找微尘》，该片获得第11届中宣部“五个一工程奖”，同时入围开罗国际电影节竞赛单元，获得最佳故事片提名。

2010年，执导以1943年抗日战争为背景的战争历史片《喋血孤城》，该片由吕良伟、袁文康合作主演，为台北海峡两岸电影论坛开幕影片。

2011年，与王珈共同执导以中国第一代航天员张天聪为背景的剧情片《飞天》，该片获得第14届华表最佳故事片奖、金鸡奖最佳故事片奖、第12届中宣部五个一工程奖，沈东凭借此片获得第14届华表奖最佳导演奖。同年，执导历史片《建党伟业》中的战争场面，该片获得第14届华表奖最佳故事片奖、第12届中宣部五个一工程奖。此外，还执导了由乔乔、谢丹等主演的剧情片《聊斋系列之桃花劫》。

2013年，执导由李小璐、方中信、立威廉联合主演的爱情片《时光恋人》。同年，执导剧情片《倾城》，该片获得第29届金鸡奖最佳原创剧本和最佳影片提名。

2014年，执导以水利工程师董望川为切入点的剧情片《天河》。2015年，执导由宋春丽、戴娇倩主演的文艺片《相伴库里申科》，该片入围第30届中国电影金鸡奖最佳故事片奖、第2届巫山艺术电影节优秀影片奖第一名、重庆市五个一工程奖。

2017年，自编自导十九大献礼影片《六年，六天》。2021年3月20日，与崔喆联合执导的影片《黑暗森林》开机。