2015年1月，在KBS金曜剧《spy》中饰演朝鲜派往韩国的女间谍赵秀妍。2月，与李俊赫、李相烨、景收真联袂主演周末家庭剧《青鸟之家》，饰演阳光乐观的善良女孩韩恩秀，凭借该剧获得KBS演技大赏女子新人演技奖。10月，与郑恩地、李源根、金志洙合作主演青春校园剧《无理的前进》，饰演争强好胜的优等生权秀雅。
2016年1月，与李圣旻合作主演科幻电影《机器人，声音》，饰演男主人公海观的女儿有珠。6月，与任时完、金明洙合作主演中国网剧《捡来的猫男》，饰演武打替身演员苗淼。8月，与朴宝剑、金裕贞合作主演古装剧《云画的月光》，饰演性格冷静高傲、面对爱情自信从容的世子嫔赵嘏妍。
2017年1月，与尹均相、金基石联袂主演古装剧《逆贼：窃取百姓的盗贼》，饰演洪吉童的恋人宋佳玲；5月与高庚杓合作主演KBS电视台青春励志剧《最强送餐员》，饰演送餐员李丹雅。9月，与俞承豪合作主演浪漫喜剧《不是机器人》，饰演打工达人赵智雅和机器人雅智3。
2018年7月，与李帝勋联袂主演SBS电视台月火剧《狐狸新娘星》，饰演仁川机场新职员韩夏天。
2019年1月，出演电影《你的名字是玫瑰》。
2020年3月，与丁海寅出演tvN月火剧《半之半》，饰演毕业于计算机系的古典音乐录音师韩瑞雨。
2021年，与崔珉豪将携手出演Netflix电视剧《The Fabulous》。2021年6月4日，与张基龙、郑秀晶联袂主演的爱情喜剧片《酸酸甜甜》上线；12月，蔡秀彬出演的电影《海盗2:鬼怪旗帜》线上举行的制作发布会。
2015年9月，蔡秀彬和演员俞承豪被第7届DMZ国际纪录片电影节组委会委任为宣传大使，希望通过他们的宣传和推广改变人们对纪录片的偏见，一改很沉重很难亲近的印象，让更年轻的观众来了解和接触纪录片。