自2012年始,刘诗诗将重心转向了大银幕,主演了动作喜剧电影《不二神探》、2013年主演古装武侠电影《飞鱼服绣春刀》,同年主演了悬疑爱情电影《深夜前的五分钟》。2013年初,在《南都娱乐周刊》的“四小花旦”评选活动中,刘诗诗与Angelababy、杨幂及倪妮被评为内地新“四小花旦”。 2015年1月20日,刘诗诗与吴奇隆登记结婚。
2016年2月13日,由刘诗诗与霍建华主演的《女医·明妃传》在中国内地上映 。由SMG影视剧中心主办的2016上海电视剧制播年会暨首届中国电视剧品质盛典上,刘诗诗该剧获得年度最具影响力演员奖 。同年主演电视剧《那年青春我们正好》。