2012年，参演了由任鸣执导的话剧《第一次的亲密接触》，饰演轻舞飞扬，并获得了首届北京优秀小剧场剧目展演优秀表演奖以及第三届壹戏剧大赏新锐女演员奖提名。

2012年，出演电影版《金太狼的幸福生活》，饰演一个为爱奋不顾身的东北女孩；同年，出演话剧《第一次的亲密接触》。

2013年，出演近代革命剧《十送红军》，饰演叶小桃；7月，出演电影《201413·爱你一世一生》。

2014年3月，出演改编自路遥的同名小说的电视剧《平凡的世界》。

2016年，与王雷合作主演青春爱情剧《爱人同志》，饰演出身大户人家的小姐沈梦苏。

2020年7月4日，以首发嘉宾的身份参加北京卫视音乐综艺节目《跨界歌王第五季》。

2021年6月13日，参加电视剧《百炼成钢》；8月29日，与王雷合作主演的现代农村剧《花开山乡》在央视一套播出，饰演麦西。

2022年6月，受新华网联合包胡尔查音乐工作室邀请，与王雷演唱MV《维港的夜晚》。8月12日至14日，出演的话剧《人世间》亮相国家大剧院。11月，参加第14届中国金鹰电视艺术节开幕式暨文艺晚会。

2023年5月1日，参演的《海鸥》将登陆北京国际戏剧中心曹禺剧场。

2024年2月4日，参加《新春非遗之夜》，和杨迪等人演唱歌曲串烧《我的家乡很好吃》。

2024年4月，参演话剧《邓世昌》。7月27日，出演的古装武侠题材网络电影《赊刀人》在爱奇艺、优酷播出。

2013年7月5日上午，王雷在中央戏剧学院逸夫剧场近千名师生的见证下，向女友李小萌求婚成功，10月19日，王雷与相恋7年的女友李小萌在北京举行婚礼。

2017年5月10日，王雷发微博宣布李小萌顺利诞下儿子。

2021年8月29日，李小萌与老公王雷官宣了李小萌喜怀二胎。12月9日，李小萌在个人社交平台晒出产后照片以及和宝宝的握手照，宣布二胎生子喜讯。

2021年12月29日，当选中国电视艺术家协会演员工作委员会委员。

李小萌有天赋和很强的可塑性（成浩评价）。在话剧《北京我爱你》中，她饰演的问题少女对成人世界的虚伪、做作、冷漠等现象言辞犀利的指责和讽刺，使得演出现场的一位男观众站起来怒骂李小萌，可见李小萌将这个问题少女刻画得入木三分（新浪娱乐评价）。在《爱你一世一生》中，她演技不俗，两姐妹的形象在她的诠释下饱满而生动（邹东孝评价）。