Potem wystąpiła w drugim sezonie Herosów jako Debbie Marshall, kapitan składu cheerleaderek.
Od 2009 do 2015 roku grała Quinn Fabray, w serialu Glee, emitowanym przez telewizję FOX, za którą otrzymała wysokie recenzje, uznanie krytyków i wiele nagród.
W 2010 Agron wyreżyserowała teledysk "Body" zespołu Thao with Get Down Stay Down.
W 2010 roku Dianna zagrała małą rolę Natalie w filmie Burleska, w którym wystąpiła obok takich gwiazd, jak Christina Aguilera, Cher, czy Stanley Tucci.
W 2011 roku zagrała jedną z głównych ról w filmie Jestem numerem cztery, Sarah Hart.
W 2011 roku została umieszczona na 37. miejscu na liście 100 najseksowniejszych kobiet według magazynu FHM.
Filmografia mały|Dianna podczas Glee: The 3D Concert Movie (2011) 2006: CSI: Kryminalne zagadki Nowego Jorku jako Jessica Grant 2006: Drake i Josh jako Lexi (dziewczyna Drake'a) 2006: Shark jako Gia Mellon 2006: Veronica Mars jako Jenny Budosh 2007: Piekło miasta (TKO) jako Dyanna 2007: Skid Marks jako Megan 2007: Herosi jako Debbie Marshall 2007: It's a Mall World jako Harper 2008: Wzór jako Kelly Rand 2009: Fuchsia Elephant jako Charlotte Hill 2009: Dinner with Raphael jako Dianna 2009: Celebities Anonymous jako Sadie 2009-2015: Glee jako Quinn Fabray 2010: Bold Native jako Samantha 2010: The Romantics jako Minnow 2010: The Hunters jako