Iron Man
Phil Coulson asiste a la conferencia de prensa de Tony Stark después de regresar de su cautiverio en Afganistán. Coulson habla con la asistente de Stark, Pepper Potts, y se presenta como un agente del gobierno de la Entidad de Servicio de Cumplimiento del Orden y la Seguridad. Él dice que necesita hablar sobre las circunstancias de la huida de Stark, y programar una cita. Está presente cuando Tony anuncia que Stark Industries dejará la producción de armas.

Más tarde, Coulson se encuentra con Stark en el Walt Disney Concert Hall, intentando discutir la fuga con él. Sin embargo, Stark se distrae por Christine Everhart, y se va para poner fin al terrorismo de los Diez Anillos de Gulmira, Afganistán.

Tiempo después, Coulson llega a su cita con Pepper Potts, donde se le informa de que Obadiah Stane tiene una armadura. Él y varios otros agentes les acompañarán al reactor de arco del edificio de viviendas de Stark, donde encuentran que la armadura de Stane ya está activa. Coulson se las arregla para escapar con vida.

Como un chiste recurrente, Coulson intenta hablar con cualquiera de Potts o Stark, él siempre dice el nombre completo de la agencia, sólo para que comenten que la organización necesita un nombre más corto. Al final, Coulson presenta Stark con una historia de portada la participación del guardaespaldas de Stark y un yate. Cuando Pepper va a decir el nombre completo de la agencia, Coulson la interrumpe, diciendo que sólo debería ser llamado S.H.I.E.L.D. Coulson asiste a la conferencia de prensa donde Stark busca a tientas a través de la historia de la portada antes de revelar su verdadera identidad como Iron Man.

Iron Man 2
Después de que James Rhodes robase una armadura blindada a Tony Stark, el director de SHIELD Nick Fury sitúa a Tony en arresto domiciliario para recuperar la sobriedad y encontrar un reemplazo para el paladio en su reactor de arco. Coulson es uno de los agentes, brevemente junto con Natasha Romanoff, asignado para supervisar Stark. Coulson amenaza a Stark con traer una Supernanny si no coopera. Se presenta a Tony con la obra de Howard Stark, que era el padre de Tony, y uno de los fundadores de SHIELD. Antes de que él salga, Coulson asiste a Tony por llamar su atención sobre un modelo parcial de escudo del Capitán América, que Tony utiliza como una cuña para un acelerador de partículas y logra sintetizar un nuevo elemento con número atómico 118.

En una escena post-créditos, Coulson observa un cráter de impacto en el desierto de Nuevo México. Él llama a Nick Fury y le dice: "Lo hemos encontrado." La escena final muestra un martillo tirado en el cráter.

Thor
En Thor, S.H.I.E.L.D. aparece para investigar el descubrimiento del martillo de Thor en la Tierra. Coulson interroga a Thor después de que el asgardiano sin poderes ataca a una instalación de SHIELD que ha sido erigida alrededor del martillo, recientemente descubierto, al comentar que Thor ha derrotado sin esfuerzo alguno de sus mejores hombres y preguntando donde Thor recibió su formación. S.H.I.E.L.D. confisca a Jane Foster la investigación acerca de la anomalía dimensional que trajo a Thor a la Tierra, pero cuando los poderes de Thor se restauran, Coulson se compromete a devolver la investigación de Jane a ella y Thor asegura a Coulson que serán aliados en la defensa de los inocentes habitantes de la Tierra. Coulson aparece junto a los agentes de S.H.I.E.L.D.: Jasper Sitwell, Clint Barton, Cale, Garrett, y al director Nick Fury.

The Avengers
Gregg repitió su papel como Coulson en The Avengers,1​ donde se demuestra que es un fan del Capitán América que posee una colección de sus cartas coleccionables y ayudó a diseñar un nuevo uniforme al capitán. Él es inicialmente responsable de reclutar a Tony Stark a los Vengadores. En la Torre Stark se revela que Pepper Potts se encuentra en una base de primer nombre con Coulson, mientras que Stark, todavía se siente incómodo con S.H.I.E.L.D. interfiriendo con su vida de vez en cuando, en tono de broma se refiere al nombre de Coulson como "agente". Él también está en una relación de larga distancia con una violonchelista, en un momento Stark se ofrece a volar a Portland para que Coulson la vea.

Gregg declaró en agosto de 2011 que había sido el mismo de entrar en "forma de lucha" para la película. Coulson era "responsable de guiar a" superhéroes de la película juntos. A pesar de que el director Joss Whedon es conocido por "matar a los personajes queridos", Gregg había declarado anteriormente que Whedon confirmó que Coulson sobreviviría a los acontecimientos de la película.2​ En la película, Coulson es visto por última vez intenta luchar contra Loki. Cuando Coulson amenaza la ilusión de Loki con un arma de energía de gran tamaño (revelada en el tie-en el cómic de The Avengers: Fury's Big Week de ser una versión de ingeniería inversa del Destructor convertido en un arma de mano), el Loki real lo apuñala por la espalda, antes de lanzar a Thor al vacio desde la prisión en la que estaba encerrado, que era incapaz de ayudar a Coulson, en el Helicarrier. Coulson dice a Loki que va a perder ya que carece de convicción, y luego usa el arma para destruir a Loki a través de una pared. Coulson habla brevemente con Nick Fury y se ve entonces caer en un estado que no responde como el enfoque paramédicos, sus últimas palabras fueron: tener en cuenta que los héroes necesitaban algo para vengarse. Los relés de Nick Fury por la radio que los paramédicos han respondido momento de la muerte, a pesar de que no son mostrados hacerlo en pantalla. Luego, Nick Fury usa la muerte de Coulson como una forma de encender una chispa pro-activa en su equipo desanimado, a pesar de que Nick Fury empuja las tarjetas del Capitán América que Coulson coleccionaba (manchadas de sangre), es señalado por Maria Hill como una fabricación (viniendo del casillero de Coulson, en vez de la chaqueta, como se dijo). Stark reconoce más tarde su respeto por Coulson en su lucha con Loki, llamando al agente caído por su nombre real por primera vez.

Más adelante, luego de la película, se ve que en realidad no ha muerto, y ha vuelto a S.H.I.E.L.D., donde a partir de este momento comienza la historia de la serie Agents of S.H.I.E.L.D. donde él es uno de los protagonistas junto con su grupo recién formado.

Capitana Marvel
En la película, Capitana Marvel, establecido en la década de 1990, ve a Coulson como un agente novato de S.H.I.E.L.D. que trabaja estrechamente con Fury. Se encuentra con Vers, quién llega a la Tierra, por un ataque Skrull. Coulson se encuentra en el lugar donde se estrelló Vers, mientras que un Skrull se hizo pasar por él estando con Fury, quién lo asesina. En una persecución por Talos como el jefe Keller, Coulson detiene a Fury y Vers, pero los deja escapar, y les dice a los agentes que están arriba. Al final, se reúne con Fury, quién perdió su ojo derecho, dándole unos ojos de vidrio.