2010年3月28日，张继科以4-0的成绩打败高宁，首次获得个人亚洲杯男单冠军。3月，张继科在“直通莫斯科”队内选拔赛第一阶段失利后，他在第二次选拔赛中重振旗鼓，相继战胜了王励勤、王皓和马龙，并取得了冠军；他也因此获得了首次参加世乒赛团体赛的资格。同年5月，张继科在世乒赛团体小组赛中出场三次，一局未失；他在半决赛第三盘中以3-1战胜日本选手岸川圣也；在决赛中，张继科在提交名单前五分钟替换王皓担任第三单打上场，赢了苏斯，并拿下关键一分，帮助中国男团取得冠军。8月22日，在苏州举行的国际乒联巡回赛中国公开赛中，张继科以4-3的成绩战胜马琳，夺得首个巡回赛男单冠军。9月，张继科在国际乒联的排名由第五上升2位，取得第三名。10月31日，德国乒乓球世界杯男子单打半决赛中，张继科迎战日本选手水谷隼，在大比分0-3落后的情况下，连扳四局逆转胜利（7局比分：11-13、10-12、6-11、11-9、11-5、14-12、11-4）；但在决赛中，以大比分1-4负于王皓获得亚军。

2011年5月，张继科与王皓在第51届荷兰鹿特丹世乒赛中进入男子双打前四强，并且获得男单冠军。6月7日，张继科入围中国乒乓球队公布的2012年伦敦奥运会单打名单。11月，张继科在巴黎世界杯中获得单打冠军。11月29日，张继科在英国伦敦国际乒联总决赛中取得男单亚军，同时和马琳获得男双冠军。12月1日，张继科超越王皓，在国际乒联排名榜上取得第二名。

2016年，张继科状态开始复苏，带着刘国梁给的“最后一次机会”出战吉隆坡团体世乒赛，他也因此在其中慢慢找回了状态。3月20日，在国际乒联世界巡回赛科威特公开赛男单比赛中，张继科以4-1击败马龙夺得男单冠军，此前半决赛中，张继科同样也是以4-1击败了樊振东。8月12日上午，在里约奥运会男子乒乓球单打决赛中，张继科以0-4负于队友马龙，获得亚军。8月18日，在里约奥运会团体赛决赛中，与队友马龙、许昕以3-1击败日本队，并获得冠军，也因此实现了奥运中国男子团体3连冠。

2018年6月，在2018年国际乒联日本公开赛中，张继科以3-4不敌张本智和，屈居该届赛事亚军。