Hoa - Hoa bay
Đây là vai chính đầu tiên của Phương Oanh khi lấn sân từ nghề người mẫu sang đóng phim năm 2012. Để vào vai này, cô đã phải vượt qua nhiều vòng casting và những gương mặt diễn viên chuyên nghiệp, trong đó có Thu Quỳnh.
Phim xoay quanh chủ đề buôn bán phụ nữ sang biên giới. Nhân vật do Phương Oanh thể hiện là một cô gái trẻ miền sơn cước bị bán sang nước ngoài và rơi vào một ổ mại dâm. Sau khi thoát ra khỏi "động quỷ", Hoa về nước. Những va đập khắc nghiệt trong cuộc sống "buôn phấn bán hương" đã khiến Hoa từ một cô gái nhà lành trở thành "bà trùm", luôn tìm cách trả thù những kẻ hãm hại mình. Tuy nhiên, cô rơi vào bẫy của một tên trùm và bắt buộc phải làm tay chân cho hắn. Với vai diễn đầu tay, Phương Oanh gây ấn tượng bằng khả năng biến hóa trong vai diễn nội tâm phức tạp. Đây cũng là dấu mốc khiến cô quyết định chuyển hẳn từ làm mẫu sang đóng phim.
Súa - Lặng yên dưới vực sâu
Phim kể về mối tình của Vừ và Súa do Đình Tú và Phương Oanh đóng. Yêu nhau tha thiết nhưng cả hai không đến được với nhau bởi nhà Vừ quá nghèo không có tiền cưới vợ còn Súa bị Phống (Doãn Quốc Đam) - một thanh viên nhà giàu cướp về làm vợ. Những tưởng Súa sẽ chấp nhận cả đời an phận làm vợ của Phống theo như tục lệ. Thế nhưng, kể cả khi đã có con với Phống thì Súa vẫn chỉ một lòng hướng về Vừ. Bản năng mạnh mẽ cùng với khát vọng tự do đã khiến cô không chịu đầu hàng số phận, nghe theo tiếng gọi trái tim để cùng người yêu bỏ trốn.
Phương Oanh rất ngưỡng mộ cá tính mạnh mẽ của nhân vật mà mình thể hiện trong Lặng yên dưới vực sâu. Để vào phim này, cô cùng đoàn làm phim đã ở Hà Giang suốt hơn 4 tháng. Cô tập làm tất cả những công việc hàng ngày của một cô gái người H'Mông như tẽ ngô, xay ngô, cắt cỏ... thật thành thạo để lên phim chân thực nhất. Với vai này, cô đã được đề cử giải Cánh Diều Vàng cho hạng mục nữ diễn viên năm 2017.
Mai - Ngược chiều nước mắt
Trong phim Ngược chiều nước mắt, Phương Oanh vào vai Mai - cô sinh viên trường nhạc có thai với thầy giáo nên phải cưới chạy bầu. Đây là vai diễn đáng thương nhất phim vì sau khi kết hôn, Mai bị chồng lạnh nhạt, ruồng rẫy và thậm chí còn ngang nhiên ngoại tình. Không những thế, Mai còn bị mẹ chồng soi mói, xét nét. Quá đau khổ vì sự nhẫn tâm của chồng, Mai quyết định ly hôn để xây dựng cuộc sống mới. Cô làm phục vụ, hát tại quán cà phê để có tiền trang trải cuộc sống và vô tình lọt vào "mắt xanh" của một ông bầu âm nhạc. Cuộc sống của Mai thay đổi khi cô tham gia một cuộc thi hát và trở nên nổi tiếng.
Sau Lặng yên dưới vực sâu, đây là bộ phim thứ hai đánh dấu sự trở lại của Phương Oanh với phim ảnh sau một thời gian tạm nghỉ. Không quá nổi đình nổi đám như những phim phát sóng cùng năm như Người phán xử hay Sống chung với mẹ chồng nhưng Ngược chiều nước mắt cũng giúp Phương Oanh giành được nhiều thiện cảm của khán giả. Càng về cuối phim, nhân vật của nhân vật Mai càng được ủng hộ vì thái độ dứt khoát không trở lại với người đàn ông từng bội bạc mình.
Quỳnh - Quỳnh búp bê
Vai chính trong series truyền hình Quỳnh búp bê của đạo diễn Mai Hồng Phong giúp Phương Oanh vụt sáng. Quỳnh có nhiều nét tương đồng với nhân vật Hoa trong Hoa bay khi cũng xuất thân là một cô gái miền sơn cước bị đám buôn người bán qua biên giới và có quãng đời bất hạnh khi làm gái làng chơi. Tuy nhiên, ở 28 tập phim đã chiếu, Quỳnh chưa có sự phản kháng mạnh mẽ như Hoa mà chủ yếu là nín nhịn, dĩ hòa mi quý.
Càng đến cuối phim, Phương Oanh càng được khán giả ghi nhận, đặc biệt ở khả năng diễn những đoạn tự sự, nội tâm. Trong quá trình làm phim này, cô cũng phải chịu nhiều đau đớn, bầm dập vì những cảnh bị cưỡng hiếp, đánh đập dã man. Đạo diễn Mai Hồng Phong khẳng định những hy sinh của Phương Oanh cho vai diễn đóng góp không nhỏ trong thành công của bộ phim.