Säsongen 2013 spelade Karlsson 29 matcher, samtliga från start. Falkenberg vann Superettan och kvalificerade sig för Allsvenskan för första gången. Han gjorde sin debut i Allsvenskan mot Malmö FF i premiären av säsongen 2014, en match som slutade med en 3–0-bortaförlust. Totalt spelade han 27 matcher samt gjorde två mål under sin första allsvenska säsong. Inför säsongen 2016 och 2017 förlängde han kontraktet med ett år i taget. I december 2017 förlängde han sitt kontrakt i klubben med två år. I december 2019 förlängde Karlsson återigen sitt kontrakt med två år.