Sommaren 2012 ingick Karlsson i det svenska OS-laget i London. Hösten 2013 begav han sig utomlands och den franska proffsklubben Pontoise Cergy som han representerade säsongen 2014/15. Säsongen 2016/17 representerade han Borussia Düsseldorf, med världsstjärnan Timo Boll vid sin sida. Karlsson deltog även i de olympiska spelen i Rio de Janeiro där han i singel blev bland de 32 och i lag tog sig till en kvartsfinal. I september 2016 tog han sig till en semifinal i tävlingen World Cup, där han missade medaljen i en bronsmatch. 2017 vann Karlsson med klubblaget Borussia Düsseldorf, Tyska Cupen med tre raka vinster i finalen. Därefter lyckades laget även kamma hem ligatiteln och därmed bli tyska mästare för säsongen. Karlsson fortsatte att representera Düsseldorf även 2017/18 och startade 2018 med att ännu en gång vinna den tyska cupen. 2018 lyckades Karlsson och Sverige ta ett VM-brons i lag, på hemmaplan i Halmstad. Det var den första VM-medaljen för Sverige sedan 2004. Under sina år i den svenska landslagströjan har han hunnit med tre VM-starter. På europamästerskapen, i spanska staden Alicante, tog han sin första singel medalj på seniorsidan samt ökade på sina dubbelmedaljer med ytterligare ett silver tillsammans med dubbelpartnern Mattias Falk.