2012年4月8日，章子怡凭借电影《最爱》获得第3届中国电影导演协会表彰大会年度女演员奖；9月，参加CCTV-1“至高荣耀”教师节晚会，并现场演唱了歌曲《春暖花开》；9月27日，与张东健、张柏芝合作主演的爱情电影《危险关系》首映，在片中饰演出身名门、温婉大方的女主角杜芬玉；10月18日，出席第三届纽约中国电影节开幕式。
2013年1月8日，与梁朝伟、张震、宋慧乔领衔主演的动作电影《一代宗师》上映，在片中饰演原名宫若梅、对武术有着与生俱来的天赋和痴迷的宫二先生，并凭借该片获得第50届台湾电影金马奖最佳女主角奖、第33届香港电影金像奖最佳女主角奖、第32届大众电影百花奖最佳女主角奖等多个奖项；5月，担任第66届戛纳电影节“一种关注”单元评委；6月，被法国文化部授予“法兰西文学艺术骑士勋章”，以表彰她在电影艺术领域的成就；同年，担任湖南卫视歌唱选秀节目《中国最强音》的导师；7月22日，推出个人单曲《梦想长大了》 ；9月17日，与王力宏、郑恺、关颖联袂主演的爱情喜剧电影《非常幸运》首映，在片中饰演聪明伶俐、喜欢幻想的女主角苏菲，并担任了该片的制片人。
2014年2月，参加江苏卫视科学竞技真人秀节目《最强大脑》；3月28日，获得第八届亚洲电影大奖最佳女主角奖；10月11日，凭借电影《一代宗师》获得第14届华语电影传媒大奖最佳女主角奖[；12月2日，由吴宇森执导，章子怡、金城武联袂主演的剧情电影《太平轮（上）》上映，在片中饰演由于种种原因而被迫沦落风尘的女主角于真。
2015年7月30日，其主演的剧情电影《太平轮·彼岸》上映；同年，担任科幻喜剧电影《从天儿降》的制片人；此外，她还出演了汪峰《无处安放》的MV。
2016年2月14日，与彭于晏、佟丽娅、周冬雨联袂主演的爱情电影《奔爱》首映，在片中饰演因失恋而从美国来到日本小樽的苏乐琪；9月9日，作为竞赛单元评委出席第41届多伦多电影节，成为该电影节首位华人女性评委；12月16日，其主演的谍战电影《罗曼蒂克消亡史》上映，在片中饰演王老板的太太小六。
2017年，主演迈克尔·道赫蒂执导的灾难电影《哥斯拉：怪兽之王》；10月，担任浙江卫视演技竞演类励志综艺节目《演员的诞生》的导师。