12月5日，其主演的民国传奇情感剧《乱世佳人》上星首播，她在剧中演绎历经坎坷成为一代佳人的张莲心，同时，还为该剧配唱片尾曲《心梦》及插曲《用一生回忆》；12月26日，发行个人首张新年EP+写真集《糖心》。
2013年3月26日，动作剧《X女特工》首播，其在剧中饰演身手矫健、怀揣正义梦想的鬼马钟离，同时，她还为该剧配唱主题曲《扞卫阳光》，随后唐嫣凭借该剧获得第十三届华鼎奖中国近代革命题材电视剧最佳女演员、BQ红人榜年度最受欢迎演员奖、亚洲青春派年度最受欢迎女演员及国剧盛典年度极具商业价值演员；10月5日，在都市商战题材剧《广告风云》中饰演广告公司品牌总监阮心丽。
2014年4月21日，主演的古装言情轻喜剧《金玉良缘》首播，其在剧中饰演古灵精怪的江湖女子玉麒麟，她与该剧另一主演霍建华凭借此剧获得国剧盛典甜蜜荧幕情侣，此外唐嫣还获得第五届中国大学生电视节最受欢迎女演员奖 。
9月2日，在都市职场剧《格子间女人》中饰演性格坚强勇敢、办事干净利落效率高的销售女强人谭斌，她还为该剧配唱片尾曲《雨晴》；11月7日，其参演的爱情电影《露水红颜》上映，而她则在片中饰演性格开朗活泼的空姐明真，随后凭借该角色获得第三届国际华语电影节金骑士奖最佳女配角奖 。
2015年1月10日，唐嫣领衔主演的由顾漫同名小说改编的同名电视剧《何以笙箫默》播出，其在剧中饰演女主角赵默笙，并配唱插曲《好久不见》，该剧开播后成为首部单日网络播放量突破三亿的电视剧，随后她凭借该剧获得乐视生态共享之夜年度最受欢迎演员 。
1月28日，民国偶像爱情剧《千金女贼》首播，她在剧中演绎的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；2月4日，主演的民国偶像剧《活色生香》首播，她在剧中饰演制香高手乐颜，该剧开播后取得全国网收视率3.43的成绩，打破近十年电视剧开播的首播纪录，而首日网络播放量万次，刷新内地电视剧播出首日的网络播放量记录 ；随后，唐嫣在福布斯中国名人榜中从前一年的第73名升至第20位。
5月28日，特别出演的时装剧《风云天地》首播，她在剧中饰演勤奋努力的医生唐一一 ；5月29日，唐嫣受邀担任第六届中国大学生电视节的推广大使；6月12日，主演的网络季播剧《盗墓笔记》在爱奇艺上线，该剧播出后微博搜索量和视频网站播放量均为年度第一，同时也刷新了年度电视剧点击率，而唐嫣则在剧中饰演精明干练女性探险者阿宁 。
7月22日，由她领衔主演的都市爱情励志剧《克拉恋人》首播，其在剧中饰演设计师助理米朵 ；8月9日，在第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》及《何以笙箫默》三部电视剧入围四个不同类型的最佳女主角奖项提名，最终她获得当代题材电视剧最佳女演员 。
9月30日，其参演的3D灾难探险片《九层妖塔》上映，她在片中饰演宁折不屈的的曹维维 ；12月1日，唐嫣主演的都市爱情剧《长在面包树上的女人》播出，她在剧中饰演爱情至上的作家“程韵” ；12月20日，客串都市情感剧《爸爸快长大》 。
2016年1月，唐嫣受邀担任国剧盛典代言人，并获得观众喜爱角色人物和最具媒体号召力人物两个奖项 ；4月29日，她主演的青春励志片《梦想合伙人》上映，其在片中演绎了从白手起家的无名人士奋斗成为互联网亿万富翁的物质拜金女顾巧音。
7月1日，唐嫣主演的动作喜剧电影《赏金猎人》上映，她则在片中饰演猎人团队雷厉风行的领导者凌芯（CAT），该片在内地上映九天取得票房突破两亿的成绩 ；9月14日，由其领衔主演的魔幻爱情电影《大话西游3》上映，她在片中分饰紫霞和青霞两个角色，该片国内票房取得3.6亿人民币的成绩。
10月14日，唐嫣担任第11届中国金鹰电视艺术节的金鹰女神，成为金鹰节历史上的第六位金鹰女神 ；11月11日，其领衔主演的古装女人权谋剧《锦绣未央》在东方卫视、北京卫视黄金档联播，该剧播出后取得双卫视年度收视冠军，并且双双位列全国卫视电视剧年度前十的成绩，唐嫣则在该剧中饰演天资聪颖的李未央，同时为该剧配唱片尾曲《天赋》，而她亦凭借该剧获得第22届华鼎奖中国百强电视剧最佳女主角 。
随后，凭借多部成绩不俗的影视作品和商业价值，唐嫣接连获得百度娱乐年度人物、优酷盛典年度霸屏艺人和腾讯娱乐白皮书电视年度卓越艺人等奖项 ；同年与袁姗姗、斯琴高娃主演电影《一墙之隔》 。
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