Grande anunció en Twitter que se presentaría "One Last Time" por primera vez en vivo en "The Tonight Show Starring Jimmy Fallon" el 1 de febrero de 2015, y así fue. El 15 de febrero de 2015, Grande volvió a presentar en vivo la canción durante el All-Star Game de la NBA 2015 en el Madison Square Garden. Ariana interpretó la canción a lo largo de su gira de 2015 The Honeymoon Tour. Asimismo, durante el segundo "show" en París, Francia, Grande contó con la colaboración de Kendji Girac, cantando «One Last Time» a dúo con estrofas en francés. El 25 de mayo volvió a interpretar el sencillo, esta vez en la final del "talent-show" The Voice en su edición italiana. A partir del "show" en Houston de septiembre perteneciente al Honeymoon Tour, Grande interpretó un "mash-up" de «One Last Time» con la canción «What Do You Mean?» de Justin Bieber, siendo añadida al repertorio del resto de la gira.