Nel 2010, tuvo un papel xunto a Natalie Portman y a Mila Kunis en Black Swan. Stan empezó a filmar la película de terror sobrenatural The Apparition que protagonizó xunto a Ashley Greene en febreru de 2010. En marzu del mesmu añu, Stan interpetó a Blaine, el principal antagonista de Hot Tub Time Machine. Sebastian interpretó a Bucky na película Capitán América: el primer vengador, basáu nel personaxe de Marvel Comics, xunto a Chris Evans.