2012年5月，周傑倫位列福布斯中國名人榜第壹名；9月22日，在新加坡F1賽道舉辦演唱會，成為首位在F1演出的華人歌手；12月28日，發行專輯《十二新作》；該專輯包括了中國風、RAP、藍調、R&B、Jazz等曲風，主打歌曲《紅塵客棧》獲得第13屆全球華語歌曲排行榜二十大金曲、第36屆香港十大中文金曲優秀流行國語歌曲銀獎等獎項；同年，主演槍戰動作電影《逆戰》，在片中飾演對錯分明、具有強烈正義感的國際警務人員萬飛。
2013年5月17日，在上海奔馳文化中心舉行 “魔天倫世界巡回演唱會”；5月22日，入圍第24屆臺灣金曲獎最佳國語專輯獎、最佳國語男歌手、最佳專輯制作人獎；6月1日，為動畫電影《十萬個冷笑話》中的角色太乙真人配音；6月22日，在成都市體育中心體育場舉行演唱會；7月11日，自導自演的愛情片《天臺愛情》上映，該片還被選為紐約亞洲電影節閉幕影片；9月6日至8日，在臺北小巨蛋舉行3場“魔天倫演唱會”。
2014年4月起，在悉尼、貴陽、上海、吉隆坡等地舉行“魔天倫世界巡回演唱會”；5月，位列福布斯中國名人榜第3名；11月，在動作片《驚天魔盜團2》中飾演魔術道具店的老板Li；12月10日，發行首張個人數字音樂專輯《哎呦，不錯哦》，成為首位發行數字音樂專輯的華人歌手；該專輯發行後獲得第二屆QQ音樂年度盛典“年度暢銷數字專輯”獎，專輯中的歌曲《鞋子特大號》獲得第5屆全球流行音樂金榜年度二十大金曲獎。
2015年，擔任浙江衛視勵誌音樂評論節目《中國好聲音第四季》的導師；4月，在第19屆全球華語榜中榜暨亞洲影響力大典中，獲得亞洲影響力最受歡迎全能華語藝人獎、華語樂壇跨時代實力唱作人獎；5月，在福布斯中國名人榜中排名第2位；6月27日，憑借專輯《哎呦，不錯哦》獲得第26屆臺灣金曲獎最佳國語專輯、最佳專輯制作人兩項提名；9月26日，在佛山世紀蓮體育中心體育場舉行“魔天倫演唱會”；12月20日，在昆明拓東體育場舉行“魔天倫演唱會”。
2016年3月，在QQ音樂巔峰盛典中獲得年度巔峰人氣歌手、年度音樂全能藝人、年度最具影響力演唱會獎；3月24日，發行個人作詞、作曲的單曲《英雄》，上線兩周播放量突破8000萬；6月1日，為電影《驚天魔盜團2》創作的主題曲《Now You See Me》發布；6月24日，發行融合古典、搖滾、嘻哈等曲風的數字專輯《周傑倫的床邊故事》，該專輯發行兩日銷量突破100萬張，打破數字專輯在中國內地的銷售紀錄；同日，參演的好萊塢電影《驚天魔盜團2》在中國內地上映；同年，舉行“地表最強”世界巡回演唱會；7月15日起，擔任浙江衛視音樂評論節目《中國新歌聲》的導師；12月23日起，由周傑倫自編自導的文藝片《不能說的秘密》而改編的同名音樂劇在北京天橋藝術中心舉行全球首演，該音樂劇的作曲、作詞、原著故事均由周傑倫完成。
2017年1月6日，周傑倫監制的愛情電影《壹萬公裏的約定》在中國內地上映；1月13日，在江蘇衛視推出的科學類真人秀節目《最強大腦第四季》中擔任嘉賓；6月4日，獲得Hito年度最佳男歌手；隨後，加盟原創專業音樂節目《中國新歌聲第二季》。8月9日，其專輯《周傑倫的床邊故事》獲得“2017華語金曲獎”頒發的“年度最佳國語專輯”獎。