2012年，在民国女性传奇大戏《乱世佳人》中饰演历经坎坷成为一代佳人的”张莲心“；之后又在动作剧《X女特工》，饰演身手矫健、怀揣正义梦想的鬼马”钟离“；5月份接拍由作家张小娴的成名作《面包树上的女人》改编的同名电视剧，饰演爱情至上的作家”程韵“；11月参演《格子间女人》，变身职场女强人”谭斌“，因此还剪掉了自己多年长发。离开橙天娱乐后，唐嫣同年7月份成立“唐嫣工作室”，11月唐嫣工作室首部作品、其首次担任制作人以末日爱情为主题的30分钟微电影《逐爱之旅》上线，唐嫣饰演插画师”李惠“一角。12年底，唐嫣发行了个人首张新年EP+写真集《糖心》，其中包括《乱世佳人》插曲《用一生回忆》和翻唱了《恭喜恭喜》以及一系列粉色俏皮写真。
2013年，古装轻喜剧《金玉良缘》开机，唐嫣剧中饰演古灵精怪的江湖女子”玉麒麟“，她凭借此剧获得中国大学生电视节最受欢迎女演员奖。8月受王晶导演邀请特别出演《风云天地》。9月出席纽约时装周。11月加盟电视剧《千金女贼》，演绎女主角”蒋心“从街头杂耍卖艺的丫头到上海黑帮夫人再到首富大户千金历程。客串大学同学秦丽制片的都市情感剧《爸爸快长大》。
2014年，出演民国传奇电视剧《活色生香》，在剧中饰演制香高手”乐颜“一角。5月4日发布的“2014年福布斯中国名人榜”中，唐嫣排名第73位。6月在顾漫原著言情小说《何以笙箫默》改编的同名电视剧中饰演女主角“赵默笙”。参演微电影《寻找棉，寻找真实的自己》。代言3D网游《吞噬苍穹》，一人分饰两角，并献唱主题曲《众里寻他》并拍摄MV。10月出演改编自同名人气小说网络季播剧《盗墓笔记》，饰演角色”阿宁“。年底参演陆川导演的3D奇幻冒险电影《九层妖塔》。
2015年，出演时装爱情喜剧《克拉恋人》，饰演主人公“米朵”。唐嫣主演的都市情感电视剧《何以笙箫默》以及民国传奇电视剧《千金女贼》、《活色生香》寒假期间陆续登陆一线黄金档，收视率均位列全国同时段冠军和前三甲，网络播放量也轮番登顶，其中《何以笙箫默》网络播放量超过82亿成为现代剧第一，《千金女贼》以超过54亿的网络播放量刷新民国剧网络播放量纪录，此外，参演《盗墓笔记》以超过25亿网络播放量创网络剧新高。4月23日亮相第五届北京国际电影节闭幕式红毯并担任颁奖嘉宾，这也预示着唐嫣开始全面进军大荧幕，接连拍摄根据同名小说改编的中国首部科幻电影《三体》、女性创业励志电影《青春合伙人》以及《大话西游3》（《大话西游终结篇》）和中韩合拍片《赏金猎人》等影片。5月11日公布的2015福布斯中国名人榜中，唐嫣由2014年的第73名上升至第20名，人气和商业价值显著提升，接连为路易威登、MCM、Michael Kors等国际奢侈品牌站台，并相继成为通灵珠宝、黛安芬旗下Sloggi内衣、拉芳全线以及手游无双剑姬、糖糖大世界、曙光之战等产品形象代言人。5月29日，第六届中国大学生电视节启动仪式在京举行，唐嫣受邀担任本届电视节的推广大使。8月9日举行的第17届华鼎奖中国电视剧满意度颁奖盛典中，唐嫣凭借《金玉良缘》、《活色生香》、《何以笙箫默》三部热播剧入围四个不同类型的最佳女主角奖项，一人独揽了古装剧、近代剧、当代剧以及百强电视剧四个最佳女主角的提名，颁奖礼压轴亮相红毯，最终获得了中国当代电视剧最佳女演员。《克拉恋人》在暑假期间播出，再次引起热议。9月受Coach邀请出席2016纽约春夏时装周。
