En 2016, elle présente deux nouveaux films sur la Croisette : "Mal de pierres" de Nicole Garcia qui évoque la quête éperdue d'amour d'une femme soumise aux carcans sociaux et "Juste la fin du monde" du réalisateur québécois Xavier Dolan, d'après Jean-Luc Lagarce, en compagnie de Gaspard Ulliel, Vincent Cassel, Léa Seydoux et Nathalie Baye. Elle devient alors la première comédienne à défendre six films en compétition à Cannes sur cinq années consécutives : "De rouille et d'os" en 2012, "The Immigrant" en 2013, "Deux jours, une nuit" en 2014, "Macbeth" en 2015 et enfin "Mal de pierres" et "Juste la fin du monde" en 2016. En parallèle, elle revient au grand spectacle hollywoodien au côté de Brad Pitt avec "Alliés", réalisé par Robert Zemeckis. Les trois films "Mal de pierres", "Juste la fin du monde" et "Alliés" valent à l'actrice trois succès publics d'affilée à leur sortie dans l'automne. Elle retrouve aussi le réalisateur et l'acteur principal de "Macbeth" dans "Assassin's Creed", un film ambitieux inspiré des jeux vidéo à succès mais qui se révèle être une déception commerciale lors de sa sortie fin 2016.