2015年，参演古装玄幻单元剧《青丘狐传说》中的《陶恒》单元 ；同年，还参演了古装言情电视剧《寂寞空庭春欲晚》 。

2016年4月7日，出席根据八月长安同名小说改编的青春校园网络剧《最好的我们》发布会 。4月8日，《最好的我们》在爱奇艺上线 ，在剧中陈梦希饰演时而满怀憧憬、时而满腔孤勇的简单一角 ；截至同年6月，该剧播放量已过14亿 。随后，主演喜剧动作言情片《少女管家》 。8月，主演青春校园魔幻剧《7号学院》 。

2017年9月29日，参演的青春爱情励志题材电影《青春大作战》上映 。12月4日，根据同中国古代同名民间爱情故事改编的古装神话网络剧《梁山伯与祝英台新传》在腾讯视频上线，陈梦希饰演女主角祝英台，与晏紫东合作演绎出梁祝的爱情悲剧；此外，陈梦希为该剧献唱插曲《上学路上》、《满城飞花》和《十八相送》 。

2018年3月16日，古装网络电影《一代倾城逐浪花》上线，在片中陈梦希诠释一位悬壶济世济苍生的娇龙 。之后，在古装传奇电影《大汉十三将2烽火边城》里饰演妩媚柔美的江月 ；10月23日，古装言情电影《等到烟暖雨收番外篇》开机，陈梦希饰演碧霄 。12月25日，由赵丽颖和冯绍峰主演的古代情感剧《知否知否应是绿肥红瘦》在湖南卫视播出，陈梦希在剧中饰演小邹氏，其姐姐是沈从兴将军的原配，不幸在政斗下牺牲，邹家将她嫁给姐夫，维持邹氏荣耀 。

2019年1月，与宋文作、胡意旋、张啸昂、邱虹凯等人出演的超级网剧《天机十二宫》开机 ；2月15日，与谢苗搭档主演的古装传奇电影《大汉十三将之血战疏勒城》在优酷播出，陈梦希在剧中饰演侠骨痴情的范柔 。2020年9月11日，主演的古装悬疑电影《包青天之诡墓空棺》在优酷上线 。

2021年10月11日，主演的青春校园剧《而你刚好发光》在腾讯视频播出 。