Vào mùa hè năm 2006, sau khi được nhận giải Oscar Đạo diễn xuất sắc nhất với tác phẩm Brokeback Mountain, đạo diễn Lý An quyết định trở về với làng điện ảnh Hoa ngữ, lên kế hoạch thực hiện bộ phim Lust, Caution (Sắc giới) được cải biên từ cuốn tiểu thuyết ngắn của Trương Ái Linh.
Để tìm diễn viên thích hợp vào vai cô nữ sinh viên tình báo Vương Gia Chi, Lý An bắt đầu một cuộc tuyển chọn quy mô lớn khắp Trung Quốc đại lục, Hongkong, Đài Loan… Cuối cùng, ông đã chọn một gương mặt mới toanh ít người biết đến – Thang Duy.
Thang Duy tuy là một diễn viên mới, nhưng khi ngồi trên ghế nhà trường, cô đã được những bậc tiền bối trong nghề đánh giá rất cao, là một diễn viên có tiềm chất tốt, tương lai xán lạn. Sau hai lần nói chuyện với Thang Duy, Lý An quyết định đưa cô đến Thượng Hải để tham gia huấn luyện kỹ càng cho vai diễn Vương Gia Chi như học cách đánh mạt chược, đọc sách sử, cách mặc sườn xám… Mỗi ngày luyện tập gần 10 tiếng, và sau ba tháng được Lý An cảm thấy vừa ý mới đặt bút ký hợp đồng chính thức với Thang Duy.
Lust, Caution quay tổng cộng 118 ngày, trong đó hết 114 ngày quay Thang Duy. Có thể nói, Lý An vô cùng liều lĩnh khi đặt một ván cược rất lớn lên một diễn viên mới toanh như Thang Duy, nhưng cuối cùng Thang Duy không hề phụ lòng ông, cô đã làm sống dậy một Vương Gia Chi như trong tâm trí độc giả, và hơn thế nữa, với lối diễn xuất đầy tài tình của mình, Thang Duy gây ấn tượng mạnh mẽ đến toàn bộ khán giả và các nhà phê bình. Năm 2007, khi Lust, Caution đặt chân đến Liên hoan phim quốc tế Venice, lời ngợi khen của truyền thông quốc tế dành cho Thang Duy còn vượt qua cả người bạn diễn Lương Triều Vỹ, và bộ phim cũng giành được giải thưởng cao quý nhất Gấu vàng cho Phim truyện xuất sắc nhất. Trong cùng năm, Thang Duy cũng giành được giải Diễn viên mới xuất sắc nhất tại lễ trao giải điện ảnh Kim Mã của Đài Loan.
Tuy vai Vương Gia Chi đem đến cho Thang Duy sự nổi tiếng khắp làng điện ảnh Hoa ngữ, thậm chí vươn ra đến quốc tế, nhưng đồng thời nó cũng đã khiến cho sự nghiệp của Thang Duy gặp rất nhiều khó khăn. Bởi những cảnh quay đầy nhạy cảm trong phim khiến dư luận lên tiếng, các nhà chức trách cũng quyết định “đóng băng” toàn bộ mọi hoạt động của Thang Duy, không một hình ảnh nào của cô được xuất hiện trên màn ảnh, bao gồm cả quảng cáo, khiến không một ai dám mời Thang Duy đóng phim. Trong cơn dốc của sự nghiệp, Thang Duy nghe theo sự khuyên bảo của Lý An, qua Anh học ngắn hạn lớp vũ đạo và tiếng Anh. Cuối năm 2008, cô thông qua Kế hoạch nhập cảnh nhân tài ưu tú của chính phủ Hongkong, chính thức trở thành một công dân Hongkong, và sự thay đổi này đã giúp cho sự nghiệp của Thang Duy được mở rộng hơn, các nhà làm phim đã bắt đầu tìm lại đến cô.
Năm 2010, lệnh cấm dành cho Thang Duy đã được gỡ bỏ. Hình ảnh của cô không những đã được trở lại rộng rãi, mà Thang Duy còn hướng sự nghiệp qua cả bên Hàn Quốc, và đạt thành công to lớn với vai diễn trong bộ phim điện ảnh Late Autumn (Thu muộn). Thang Duy giành được giải thưởng Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất tại lễ trao giải Baeksang, đưa cô trở thành nữ diễn viên nước ngoài đầu tiên giành được giải Ảnh hậu của điện ảnh Hàn Quốc. Bộ phim Late Autumn cũng từng được ra mắt tại Liên hoan phim quốc tế Hà Nội lần thứ 2 vào cuối năm 2012.
Đầu năm 2015 này, Thang Duy sẽ lần đầu tiên xuất hiện chính thức trên màn ảnh rộng khắp Việt Nam với vai diễn trong bộ phim hành động Blackhat (Trùm mũ đen) do Michael Mann đạo diễn. Michael Mann là một trong những nhà làm phim xuất sắc nhất của Hollywood, người đã tạo nên những tác phẩm kinh điển nhưThe Last of the Mohicans, Heat, The Insider. Không những được làm việc với đạo diễn bậc thầy của Hollywood, Thang Duy còn may mắn diễn cặp chung với nam diễn viên nổi tiếng hiện nay Chris Hemsworth, người thủ vai Thor trong loạt phim siêu anh hùng của hãng Marvel. Trong Blackhat, Chris Hemsworth vào vai một tay tin tặc thiên tài được cơ quan chính phủ từ Mỹ và Trung Quốc thuê để truy tìm tổ chức tội phạm đang gây ra hàng loạt sự kiện kinh hoàng, và Thang Duy là một người cộng sự đắc lực của anh. Blackhat là bộ phim Hollywood đầu tay trong sự nghiệp điện ảnh của Thang Duy.
