בשנת 2011 הוציאה גאגא מספר שירים משותפים יחד עם טוני בנט גרסת ג'אז לשיר "The Lady Is a Tramp", עם אלטון ג'ון בשיר "Hello Hello" שהוקלט לסרט האנימציה "Gnomeo &amp; Juiet", ועם צמד הקומדיה לונלי איילנד והזמר ג'סטין טימברלייק בשיר, (The Golden Rule). מאוחר יותר גאגא ביצעה מופע מיוחד בבית העירייה של סידני באוסטרליה כדי לחגוג את יום הולדתו ה-65 של הנשיא ה-42 של ארצות הברית ביל קלינטון. באותה שנה זכתה בשני פרסי הווידאו קליפים של MTV. בחודש נובמבר הופיעה בספיישל בטלוויזיה של ארצות הברית לחג ההודיה בשם, "A Very Gaga Thanksgiving" שבו צפו כ-5.7 מיליון צופים אמריקאים ומאוחר יותר יצא בתור המיני אלבום הרביעי של גאגא, "A Very Gaga Holiday". ב-2012 גאגא כיכבה בפרק המוקדש לה בסדרה משפחת סימפסון לצד הופעתה בסרטים התיעודים של הזמרים קייטי פרי, "Katy Perry: Part of Me" וטוני בנט, "The Zen of Bennett". באותה שנה, הוציאה את הבושם הראשון שלה, "Fame" שמכר נכון ל-2013 כ-30 מיליון בקבוקים ברחבי העולם והרוויח כ-1.5 מיליארד דולר. ב-2014 הוציאה את הבושם השני בהשראתה, "Eau de Gaga".
בתחילת 2012, גאגא החלה לעבוד על אלבום האולפן השלישי שלה. באוגוסט 2013 הוציאה לאור את הסינגל המוביל, "Applause" שהגיע למקום הראשון בהונגריה, רוסיה, לבנון, ספרד וקוריאה הדרומית. קליפ המילים לשיר "Aura" מתוך האלבום יצא בחודש אוקטובר לקידום הסרט "מצ'טה קטלני" שבו גאגא משתתפת בתפקיד מתנקשת בשם הזיקית. הסרט קיבל ביקורות שליליות והכניס פחות מתקציבו בסך 33 מיליון דולר. הסינגל השני מהאלבום, "Do What U Want" בשיתוף אר. קלי יצא מאוחר יותר באותו חודש. בארצות הברית הגיע למקום ה-13 במצעד הבילבורד הוט 100. בשנת 2019 לאור הטענות שהועלו נגד קלי בהתעללות מינית במספר נשים גאגא הסירה את השיר מכל שרתי המוזיקה והתנצלה על שיתוף הפעולה עימו. ב-6 בנובמבר 2013 יצא לאור אלבומה השלישי, "Artpop", וזכה לביקורות מעורבות. במצעד הבילבורד 200 הגיע למקום הראשון כמו כן ביפן, מקסיקו, הממלכה המאוחדת, שווייץ, ואוסטריה. נכון לשנת 2018 מכר מעל ל-3.9 מיליון עותקים ברחבי העולם. "" יצא כסינגל האחרון במרץ 2014.
גאגא השתתפה בפרק מיוחד של התוכנית "סאטרדיי נייט לייב" בנובמבר 2013 שבו ביצעה את "Do What U Want" יחד עם אר. קלי ושיר נוסף מן האלבום "Gypsy". לאחר שערכה ספיישל שני של חג ההודיה בטלוויזיה יחד עם "החבובות", הופיעה יחד עם הזמרת האמריקאית כריסטינה אגילרה בעונה החמישית של תוכנית הכישרונות "The Voice". במרץ 2014, גאגא החלה בסבב הופעות קבוע בשם, "Lady Gaga Live at Roseland Ballroom" שבו נכללו כ-7 מופעים. חודשיים לאחר מכן, יצאה לסיבוב ההופעות השלישי שלה, . ב-13 בספטמבר הופיעה בפארק הירקון לעיניי יותר מ-30 אלף צופים והפתיעה את הקהל כשביצעה שיר עם טוני בנט. לאחר שעזבה את ישראל, אמרה לסוכנות איי.פי: "אני מקווה לשתף בזה את העולם, שיידעו כולם שבטוח להיות עכשיו בתל אביב... זה היה הבית שלי כשהייתי שם והרגשתי שם אנרגיה נפלאה". בסוף חודש ספטמבר אמרה לעיתון אינדפנדנט הבריטי "זה היה פנטסטי! תל אביב הייתה מדהימה! נקודת המבט של העולם על ישראל היא לא מציאותית. זה מקום יפהפה והאנשים במצב רוח מצוין... הייתה לי הופעה מוצפת ברגשות עם המעריצים האלה. זה היה נפלא".
הסבב כלל ביקור במדינות אשר בוטלו בסבב "Born This Way Ball" ובסיומו הכנסותיו נאמדו בכ-83 מיליון דולר והוא הוכתר כסיבוב ההופעות השביעי המצליח ביותר של 2014. באותה תקופה גאגא נפרדה מהמנהל הוותיק של הקריירה שלה טרוי קרטר בטענה של "הבדלים יצרתיים" ביניהם. מאוחר יותר היא ומנהלה החדש בובי קמפבל הצטרפו לחברת הבידור, "Artist Nation". באותה שנה, הופיעה בתפקיד משנה בסרט "", והפכה לשגרירה של מותג האופנה ורסצ'ה בקולקציית אביב-קיץ 2014 בקמפיין בשם "ליידי גאגא למען ורסצ'ה". בספטמבר 2014 הוציאה גאגא יחד עם טוני בנט אלבום ג'אז משותף בשם "Cheek to Cheek". האלבום הפך לשלישי ברצף של גאגא בפסקת מצעד הבילבורד 200 בארצות הברית ובנוסף זכה בפרס גראמי בקטגוריית אלבום הפופ המסורתי הטוב ביותר. לקידומו הוציאה את שני הסינגלים "Anything Goes", "I Can't Give You Anything but Love". מאוחר יותר יצאו לסבב הופעות משותף לקידום האלבום בשם "Cheek to Cheek Tour" מחודש דצמבר 2014 עד אוגוסט 2015 וכלל כ-38 הופעות באמריקה הצפונית ואירופה ובסיימו גרף מעל 15.3 מיליון דולר.
2015–2017: אימה אמריקאית, מופע הסופרבול, Joanne.
בפברואר 2015 גאגא התארסה לבן זוגה טיילור קיני. לאחר הצלחתו הבינונית של "Artpop", החלה בשינוי סגנון מוזיקה חדש, שינוי זה ניכר באלבומה "Cheek to Cheek" המשותף עם טוני בנט. בטקס פרסי אוסקר ה-87 הופיעה כמחווה לזמרת ג'ולי אנדרוז וביצעה מספר שירים מהסרט "צלילי המוסיקה", הופעתה הוכתרה כאחת הטובות ביותר שלה על ידי בילבורד. מאוחר יותר כתבה יחד עם הפזמונאית דיאן וורן את השיר "Til It Happens to You" לסרט התיעודי "The Hunting Ground", שזיכה אותה בפרס סטלייט ובמועמדותה הראשונה לפרס אוסקר. באותה שנה, גאגא הוכתרה כאשת השנה של בילבורד וזכתה בפרס האייקון של היכל התהילה של כותבי השירים. באותה שנה, גאגא החלה לשחק בתפקיד ראשי בעונה החמישית של הסדרה "אימה אמריקאית" בה גילמה בעלת מלון בשם אליזבת. בטקס פרסי גלובוס הזהב ה-73 זכתה בפרס השחקנית הטובה ביותר על משחקה. בחודש אוקטובר הופיעה בסרט האופנה של הצלם ניק קייט משנת 2015 לקמפיין קולקציית האביב של המעצב טום פורד בשנת 2016, והייתה אחת העורכות במהדורת 99 של מגזין האופנה ווג בינואר 2016 שהציג כ-16 שערים שונים. על כך, קיבלה את פרס עורך השנה בטקס פרסי האופנה בלוס אנג'לס.
בפברואר 2016, גאגא שרה את ההמנון הלאומי של ארצות הברית במשחק הסופרבול 50. מאוחר יותר באותה שנה, הופיעה בטקס פרסי אוסקר ה-88 עם "Til It Happens to You" ולוותה על הבמה כ-50 נפגעי תקיפות מיניות, לצד הופעתה בטקס פרסי גראמי ה-58 כמחווה לזמר דייוויד בואי שנפטר באותה שנה ואף קעקעה את פרצופו בין צלעה לירכה השמאלית. באותו חודש זכתה בפרס מיוחד בקטגוריית האמן הצעיר של מוזיאון גראמי. בחודש יולי, מערכת היחסים בינה לבין טיילור קיני הסתיימה בטענה כי הקריירה של גאגא הפריעה ליחסים ביניהם. מספטמבר עד נובמבר 2016, שיחקה בעונה השישית של "" בתפקיד מכשפה, גאגא אמרה כי תפקידה בעונה החמישית של הסדרה השפיע על המוזיקה העתידית שלה שגרם לה להציג את "אומנות החושך". בספטמבר 2016, הוציאה לאור את הסינגל המוביל של אלבומה החמישי "Perfect Illusion", שהגיע לראשי המצעדים בצרפת ובלגיה ולמקום ה-15 בארצות הברית. האלבום, ששמו "Joanne", נקרא על שם דודתה המנוחה של גאגא ששימשה כהשראה לכתיבתו. הוא יצא ב-21 באוקטובר 2016 והפך לאלבומה הרביעי בפסגת מצעד הבילבורד 200, מה שהופך אותה לאישה הראשונה שמגיעה לראש המצעד כ-4 פעמים שונות בעשור של 2010. הסינגל השני שלו, "Million Reasons" יצא כחודש לאחר מכן והגיע למיקום הרביעי במצעד הבילבורד הוט 100. מאוחר יותר גאגא הוציאה את הסינגל השלישי והאחרון הנושא את שם האלבום, "Joanne" בגרסת פסנתר אשר מאוחר יותר זכה בפרס הגראמי בקטגוריית ביצוע הפופ הטוב ביותר. לקידום האלבום, גאגא יצאה לסיבוב הופעות שיווקי בשם "Diva Bar Tour".
ב-5 בפברואר 2017 גאגא הופיעה במופע המחצית של הסופרבול LI. בתחילת הופעתה, הוצגו כ-100 רחפנים מוארים מעל האצטדיון "nrg" של יוסטון. הוא הוכתר מאוחר יותר כמופע הסופרבול השני הנצפה ביותר בכל הזמנים עם כ-117.5 מיליון צופים בארצות הברית. הופעתה הביאה לזינוק של כ-410,000 הורדות של שיריה במדינה והועמדה לפרס אמי. ערוץ הטלוויזיה "CBS Sports" הכתיר את הופעתה במקום השני ברשימת הופעות הסופרבול הטובות ביותר בתולדותיו. בחודש אפריל גאגא הופיעה בפסטיבל המוזיקה קואצ'לה שבו שרה לראשונה את הסינגל שלה, "The Cure" שהגיע לעשרת המובילים במדינות אוסטרליה, סקוטלנד, הונגריה וסלובקיה. באוגוסט יצאה גאגא לסיבוב ההופעות החמישי שלה, "Joanne World Tour" עליו הכריזה לאחר הופעתה במחצית הסופרבול. הפקת האלבום והופעותיה באותה תקופה הופיעו בסרט התיעודי שלה, "" שהוקרן לראשונה בנטפליקס בחודש ספטמבר. לאורך הסרט, מוצגים קטעים שלה סובלת מכאבים כרוניים ממחלת הפברומיאלגיה שלה שהביאו לכך שביטלה את עשר ההופעות האחרונות של "Joanne World Tour" שגרף בסיומו כ-94.9 מיליון דולר מ-842,000 כרטיסים שנמכרו לאורכו והוכתר כסבב ה-14 המרוויח של השנה.
2018–2020: A Star Is Born, Enigma ו-Chromatica.