2012年1月9日，由合润传媒与新浪网联合出品的微电影《马格回家》正式上线，唐菀出演女主角马格，传递了“北漂需要一个理由，回家却需要鼓足一万分的勇气”的主题。同年3月4日，警匪悬疑题材电视剧《疯狂倒计时》在天津影视频道播出，唐菀在剧中扮演警察江玲。同年8月，唐菀主演的网络剧《这货不是三国》在PPS网络电视平台播出，在剧中饰演夏侯霜。

2013年3月，唐菀在抗战题材电视剧《桃花绽放》担任女主角，饰演“上海第一神偷”苗天魁养女的周正雅。同年，唐菀参与拍摄《捍卫1949》（原名《零号刺杀》），饰演一位地下党员柏兰。

2014年2月，参与出演电影《亲情合约》，饰演沈玲。同年12月，唐菀参与拍摄玄幻偶像电视剧《山海经之赤影传说》，扮演了一位青龙阵营星宿之一并且是反派定位的柳若霜。

2015年1月23日，唐菀参与拍摄的青春励志题材的情景网络剧《我的青春道馆》在爱奇艺平台播出，在剧中扮演唐美丽。同时，在林育贤执导、周冬雨和李准基主演的爱情电影《西西里艳阳下》中，饰演眼镜。4月25日，与张译文、薛山合作主演的《快递丘比特》在中央电视台电影频道播出，饰演深陷畸恋不能自拔的失恋女叶飞儿，在经历一番啼笑皆非的情感碰撞后逐渐领悟到爱情真谛。

2016年2月，由最高人民检察院影视中心创作、李路导演执导的反腐题材电视剧《人民的名义》在江苏南京开机，在剧中唐菀饰演反贪局侦查科科长林华华。

2017年主演电视剧《哥不是传说》，2019年主演电影《刀锋所向》影片中饰演女一号。