2012年刘亦菲主演的武侠电影《四大名捕》和历史电影《铜雀台》先后上映。在陈嘉上导演的《四大名捕》中刘亦菲饰演无情一角;在《铜雀台》中刘亦菲饰演为“刺曹”而生的杀手灵雎,此外刘亦菲还演唱了影片主题曲《等雪来》。2013年9月,由著名武术指导尼克·鲍威尔执导,刘亦菲、海登·克里斯滕森、尼古拉斯·凯奇等联合主演的爱情动作片《最后的战争》正式开机;12月6日,刘亦菲主演的3D电影《四大名捕2》全国热映;12月23日,刘亦菲凭借《铜雀台》获得第五届澳门国际电影节最佳女主角,这也是她电影生涯中第一个女主角奖。2014年8月22日,刘亦菲主演的武侠《四大名捕大结局》上映,继续出演女主角无情。11月7日,刘亦菲与郑智薰主演了高希希执导的爱情电影《露水红颜》,片中刘亦菲扮演一位没落的贵族小姐“邢露”。2015年,刘亦菲参演青春爱情电影《致青春2:原来你还在这里》。饰演苏韵锦一角。2015年6月,刘亦菲正式确认参演电影《三生三世十里桃花》饰演女主角白浅。