2017年1月11日に、北海道日本ハムファイターズへの入団契約に合意したことが発表された。背番号は42。レギュラーシーズンでは、4月2日に埼玉西武ライオンズとの開幕カード第3戦（札幌ドーム）で、先発投手としてNPBの一軍公式戦にデビュー。しかし、4回1/3を投げて5失点で敗戦投手になると、およそ1ヶ月間の二軍調整を余儀なくされた。5月中旬から、救援要員として一軍に復帰。5月14日の対千葉ロッテマリーンズ戦（東京ドーム）では、通算3試合目の公式戦登板で一軍初勝利を挙げた。先発投手のルイス・メンドーサが5回表2死に秋村謙宏球審からの危険球宣告を受けて退場したことに伴う緊急登板ながら、打者2人から3球で1死を取って降板した後に、チームが勝ち越したことによる初勝利であった。結局、パシフィック・リーグの公式戦には14試合に登板。先発登板は前述の1試合のみで、1勝2敗、防御率5.64という成績を残した。その一方で、チームには先発要員のメンドーサに加えて、右の救援要員クリス・マーティンや主力打者のブランドン・レアード内野手が前年から残留。球団が一軍の長打力不足を解消すべくヤディル・ドレイク外野手を6月29日に獲得したことから、一軍で投手・野手合わせて4人までしか同じ公式戦へ出場できないNPBの外国人枠との兼ね合いで、7月3日にドレイクと入れ替わる格好で出場選手登録を抹消された。
2014年7月26日にジェイク・ピービーとのトレードで、ヒース・ヘンブリーと共にボストン・レッドソックスへ移籍。同日にAAA級ポータケット・レッドソックスへ異動した。AAA級ポ－タケットで2試合に登板後、8月10日にメジャーチームへ昇格。親子2代にわたる昇格を果たしたが、登板機会のないまま、翌11日にAAA級ポータケットへ降格した。8月27日に再び昇格すると、同日のトロント・ブルージェイズ戦で、3点ビハインドの8回裏からメジャーリーグ（MLB）公式戦にデビュー。1イニングを無安打無失点に抑えた。翌28日に、AAA級ポータケットへ再び降格。9月17日に3度目の昇格を果たしたが、1試合の登板でシーズンを終えた。MLBの公式戦には、救援で通算2試合に登板。防御率4.50を記録した。2015年にはMLB公式戦への登板機会がなく、2016年4月20日に球団から戦力外を宣告された。
2010年4月1日にベン・スナイダーとのトレードで、サンフランシスコ・ジャイアンツへ移籍した。移籍後はA-級セイラムカイザー・ボルケーノズで14試合に登板し、2勝4敗・防御率4.86だった。2011年はA級オーガスタ・グリーンジャケッツで開幕を迎え、4試合に出場したが、4月24日に左手の故障で離脱。6月にルーキー級アリゾナリーグで復帰。15試合に登板し、2勝4敗・防御率5.09だった。2012年はA級オーガスタで22試合に登板し、7勝8敗、防御率2.96だった。オフの11月20日にジャイアンツとメジャー契約を結び、40人枠入りした。2013年3月15日にA+級サンノゼ・ジャイアンツへ異動し、そのまま開幕を迎えた。A+級サンノゼでは16試合に登板し、3勝4敗・防御率2.89だった。7月にAA級リッチモンド・フライングスクウォーレルズへ昇格。AA級リッチモンドでは10試合に登板し、5勝4敗・防御率2.67だった。2014年3月18日にAAA級フレズノ・グリズリーズへ異動した。開幕後はAAA級フレズノで20試合に登板し、3勝8敗・防御率5.11だった。7月にはフューチャーズゲームに選出された。
2011年公開の『高校デビュー』で映画デビューし、『絶叫学級』（2013年公開）にも出演。2014年、メイベリンニューヨークが展開するリップクリームシリーズ「BABY LIPS」のキャンペーン企画として制作されたVine史上初となる連続ドラマ『BABY MAGIC』で初主演を務める。2015年、園子温監督の映画『みんな!エスパーだよ!』のヒロインに抜擢され、本格的に女優活動を開始する。同映画への出演はオーディションでの採用だったが、園に自身の映画をどう思うかと聞かれ、素直に「嫌いです。血みどろだったりセックスだったり、でも最終的には家族の愛なんてどんだけシャイなんだ」と答えたところ、受かったという。2015年、DJ和によるMIX CD『サマパ!summer party mixed by DJ和』のジャケット写真に起用される。ビキニ姿の彼女がセルカ棒を持ち自ら撮影するという試みが行われた。2016年、東京ガールズコレクション公式のラブソング・コレクション『TGC presents LOVE ME MUSIC』のジャケット写真に起用される。撮影は東京ガールズコレクション2016 A/Wのキービジュアルを手掛けた蜷川実花が担当している。2016年、globeのデビュー20周年プロジェクトの一つで、小室哲哉が描いた歌詞の世界を象徴的に映像として表現するミュージック・ビデオのプロジェクトに参加。その第1弾として池田は、『FACE』のビデオの主演を演じた。同年4月、モキュメンタリー方式で撮影されたドラマ『SHIBUYA零丁目』でドラマ初主演。同ドラマはフジテレビオンデマンドにて配信ドラマとして配信された後、フジテレビにて地上波で再編集版が放送された。同年、アメリカ合衆国のガール・グループフィフス・ハーモニーのヒット曲『ワーク・フロム・ホーム featタイ・ダラー・サイン』の日本版ミュージック・ビデオ『ワーク・フロム・ホーム feat池田エライザ』に出演。ビデオでは曲名に因んで「働く女性」が表現されており、池田はOL、寿司職人、清掃員、大工を演じている。また、ダンスも初めて披露している。2017年3月31日にFODでライブストリーミング配信され、同年10月から12月にかけて地上波でも放送されたドラマ『ぼくは麻理のなか』で、ヒロイン・吉崎麻理役を演じた。同年11月公開の『一礼して、キス』で映画初主演を務める。2019年、リングシリーズの『貞子』に主演。同年、『夏、至るころ』で映画監督に初挑戦。公開は2020年を予定している。他、2019年10月からドラマ｢左ききのエレン｣ダブル主演でエレンを演じる。