2015年7月16日,白百何作为第一番位领衔主演的《捉妖记》上映,上映第一天中国内地票房1.73亿元破华语片首日和单日最高票房记录 ,上映第三天的《捉妖记》以1.83亿票房再创造新的华语片单日最高票房纪录 ,上映四天中国内地首周票房达到6.69亿创造新的华语片首周票房纪录 。7月22日,白百何为白百何主演的电影《滚蛋吧!肿瘤君》献唱的主题曲《中二少女养花记》MV首播 。7月23日,白百何出席《陪安东尼度过漫长岁月》改档10月16日上映记者发布会 。7月24日,白百何出席《捉妖记》上映八天内地票房突破十亿元庆功会,并宣布继续出演《捉妖记》续集 。7月26日零点,《捉妖记》上映十天以12.76亿的累积票房打破了2年前《泰囧》所创造的12.67亿的纪录,再次刷新华语影史纪录,成为新晋华语电影票房冠军 。8月4日,白百何和井柏然合唱的《捉妖记》插曲《明天你会在哪里》MV首播、8月9日零点,白百何主演的《捉妖记》中国内地票房达到20.04亿,正式超越《变形金刚4》的19.78亿成为内地票房亚军,仅次于冠军《速度与激情7》(24.26亿),这也是国产电影首次票房突破20亿大关 。9月4日,白百何主演的《滚蛋吧!肿瘤君》内地票房超5亿。9月11日,《捉妖记》内地票房为24.2859亿元 ,破200余项纪录,成功打破《速度与激情7》票房纪录, 登顶内地影史票房冠军 ,《捉妖记》观影人次65425600人,也打破了6245万人次的纪录,成为内地观影人次第一,这也是中国内地电影市场开放21年来首部获得影史冠军的国产电影。9月16日,《捉妖记》正式收官,中国内地总票房累计近24.4亿 。9月25日,白百何携作品赴美参加由美国电影协会和国家新闻出版广电总局联合主办的“2015中国电影周”,白百何主演的《捉妖记》和《滚蛋吧!肿瘤君》入选五部中国电影年度力作,后者作为开幕影片放映 。同年年底,由冯小刚执导,改编自刘震云小说《我不是潘金莲》的电影《我叫李雪莲》开机拍摄,白百何饰演女主人公“李雪莲”。10月6日,白百何受Chanel的官方邀请前往2016春夏巴黎时装周前排观看Chanel大秀 。