Грилло сыграл любимого фанатами злодея Кроссбоунса в фантастическом боевике студии Marvel «Первый мститель: Противостояние», который собрал в мировом прокате более $1 млрд. Также актёр появился в роли сержанта Лео Барнса в триллерах Universal «Судная Ночь 2» и «Судная ночь 3». Последний собрал в мировом прокате $114,2 млн. и стал самой успешной частью кинофраншизы. Грилло сыграл роль безжалостного американского наёмника в блокбастере «Война волков 2» с Селиной Джейд, Чжаном Ханем и Ву Ганом. Картина побила много рекордов по кассовым сборам и находится в топе самых кассовых фильмов на одной территории с показателем сборов в $874 млн.
Телезрителям Грилло знаком по роли в сериале DirecTV «Королевство». На протяжении трёх сезонов он играл роль, используя приобретённые в реальной жизни навыки боксёра и мастера боевых искусств.
В августе 2016 года Грилло вместе с продюсером, сценаристом и режиссёром Джо Карнаханом открыли компанию WARPARTY. Компания приобретала права на экранизацию и работала над самыми различными источниками, включая книги, журналы и сценарии. В среднем за год снималось от трёх до пяти фильмов, включая картины с потенциалом франшиз. WARPARTY заключила партнёрский контракт с компанией Starlight Entertainment Group. Это сотрудничество предоставило компании WARPARTY шанс расширить производственную линейку полнометражных фильмов и стать одним из самых влиятельных игроков в киноиндустрии как в Голливуде, так и за рубежом.
Первым фильмом компании стал криминальный триллер «Водила», который канал Netflix выпустил в октябре 2017 года. Грилло сыграл главную роль и дебютировал в качестве продюсера. Далее последовали драма ЧИКАНО, над которой Грилло работал в качестве исполнительного продюсера вместе с Лоренцо Ди Бонавентурой, и документальный сериал канала Netflix Fight World, рассказывающий о культуре проведения поединков во всём мире, над которым Грилло работал как продюсер и исполнитель главной роли. WARPARTY заключила партнёрское соглашение с компанией XYZ Films на съёмку ремейка популярного индонезийского боевика «Рейд». Грилло выступит продюсером и сыграет в картине главную роль.
В 2018 году Грилло появился в триллере «Все пути ведут в Доннибрук» с Джейми Беллом и Маргарет Куэлли. Картина была показана на Кинофестивале в Торонто и выпущена в прокат в феврале компанией IFC.
Из недавних проектов WARPARTY стоит отметить триллер «В упор» с Фрэнком Грилло и Энтони Маки, который выпустил Netflix, и остросюжетная драма RLJE Films «Обратиться в пепел» с Фрэнком Грилло, Робертом Тейлором и Джеймсом Бэджем Дэйлом. В 2019 году Грилло также можно увидеть в криминальной драме Screen Gems «Чёрный и синий» с Наоми Харрис, Рейдом Скоттом, Бо Наппом и Тайризом Гибсоном.
В ближайшее время Грилло появится на больших экранах в сиквеле Lionsgate «Телохранитель жены киллера» с Райаном Рейнольдсом, Сэмюэлем Л. Джексоном, Сальмой Хайек, Антонио Бандерасом и Морганом Фриманом и в спродюсированной Джейсоном Блумом драме Universal «Однажды на Статен-Айленд» с Наоми Уоттс и Бобби Каннавале.
Среди новых проектов Грилло стоит отметить основанный на одноимённом комиксе боевик Димитри Логотетиса «Джиу-джитсу: Битва за землю» с Николасом Кейджем и криминальный триллер «Денежная игла» с Майклом Кеннетом Уильямсом и Мелиссой Лео.
