Jabarkan 2012-2015 dari Emma Stone

Stone menolak peran dalam film komedi aksi 21 Jump Street setelah setuju untuk bermain dalam film oleh Marc Webb berjudul The Amazing Spider-Man (2012), sebuah reboot dari seri Spider-Man. Dia memerankan Gwen Stacy, minat cinta dari karakter Spider-Man (diperankan oleh Andrew Garfield). Stone kembali ke warna rambut pirangnya untuk peran it. Dia mengatakan kepada The Vancouver Sun bahwa dia merasa bertanggung jawab untuk mendidik dirinya sendiri tentang Spider-Man dan mengakui bahwa dia belum membaca komiknya: "Saya selalu berasumsi bahwa Mary Jane adalah cinta pertamanya", menambahkan bahwa ia hanya mengetahui karakter Stacy dari penggambaran Bryce Dallas Howard di Spider-Man 3. The Amazing Spider-Man sukses secara komersial dan merupakan film terlaris ketujuh pada 2012 dengan pendapatan global AS$ 757,9 juta. Lisa Schwarzbaum dari Entertainment Weekly mengatakan Stone "tak tertahankan", dan Ian Freer dari majalah Empire sangat terkesan dengan penampilan Stone dan Garfield. Pada upacara People Choice Awards, ia dinominasikan untuk tiga penghargaan, termasuk Aktris Film Favorit. Kemudian pada tahun itu, Stone menjadi pengisi suara dalam permainan video berbasis kejahatan, Sleeping Dogs, yang membuatnya mendapatkan Spike Video Game Award untuk Kinerja Terbaik oleh Wanita.

Stone memulai 2013 dengan menjadi pengisi suara dalam film DreamWorks berjudul The Croods, sebuah fitur animasi yang dinominasikan untuk Academy Award untuk Fitur Animasi Terbaik. Yang kemudian diikuti dengan penampilannya di Movie 43, sebuah film antologi yang terdiri dari enam belas cerita pendek dimana ia memainkan peran utama dalam segmen yang berjudul "Veronica". Ia kemudian berkolaborasi dengan Ryan Gosling dan Sean Penn dalam film oleh Ruben Fleischer berjudul Gangster Squad (2013), sebuah film thriller kriminal yang berlatar belkang di Los Angeles pada tahun 1940-an. Stone menyatakan keinginannya untuk bekerja dengan Gosling pada proyek-proyek berikutnya.

Pada 2014, Stone kembali berperan sebagai Gwen Stacy dalam The Amazing Spider-Man 2. Dalam sebuah wawancara dengan Total Film, ia menjelaskan bahwa karakternya tidak bergantung kepada Spider-Man. "Dia menyelamatkan Spider-Man lebih dari sebaliknya. Dia sangat membantu Spider-Man ... Dia adalah otot, dia adalah otaknya." Penampilannya diterima dengan baik oleh para kritikus, majalah Empire mengatakan "Stone adalah Heath Ledger dari seri ini, melakukan sesuatu yang tidak terduga." Peran tersebut membuatnya mendapatkan penghargaan Aktris Film Favorit di Kid's Choice Award 2015. Pada akhir tahun itu, Stone mengambil peran dalam komedi romantis oleh Woody Allen dengan judul Magic in the Moonlight. Ulasan dari New York Times mengatakan bahwa Stonde dan Colin Firth adalah pasangan yang tidak wajar.

Drama-komedi hitam Birdman yang disutradarai oleh Alejandro González Iñárritu, adalah film terakhir Stone pada 2014. Dibintangi oleh Michael Keaton dan Edward Norton, film ini menampilkannya sebagai Sam Thomson, putri dari aktor Riggan Thomson (Keaton) yang merupakan seorang pecandu dan juga menjadi asisten ayahnya. Iñárritu menciptakan karakter teresbut berdasarkan pengalamannya dengan putrinya. Birdman secara kritis diakui, dan merupakan film paling sukses di 87th Academy Awards. Dinominasikan untuk sembilan penghargaan, memenangkan empat, termasuk Best Picture. The Movie Network menganggapnya sebagai salah satu pertunjukan terbaik Stone hingga saat ini dan Robbie Collin dari The Daily Telegraph terkesan dengan monolog yang ia sampaikan. Dia menerima banyak penghargaan untuk perannya, termasuk nominasi untuk Akademi, BAFTA, Golden Globe, Screen Actors Guild, dan penghargaan Critics Choice Movie untuk Aktris Pendukung Terbaik.

Dari November 2014 hingga Februari 2015, Stone bermain dalam drama musikal Broadway berjudul Cabaret sebagai Sally Bowles, mengambil alih peran dari Michelle Williams. Menganggapnya sebagai "hal yang paling menegangkan yang pernah ada", Stone mengatakan kepada majalah Entertainment Weekly bahwa ia mendengarkan stasiun radio Prancis untuk mempersiapkan dirinya untuk peran tersebut. Marilyn Stasio dari Variety mengkritik nyanyiannya dan menemukan penampilannya tidak begitu memuaskan. Pada 2015, Stone terlibat dalam dua produksi film yaitu drama komedi romantis Aloha, dan drama misteri Irrational Man‍. Keduanya adalah kegagalan kritis dan komersial. Dalam Aloha oleh Cameron Crowe , ia berperan sebagai pilot angkatan udara bersama Bradley Cooper, dan dalam Irrational Man yang diarahkan Woody Allen, ia menggambarkan minat romantis karakter Joaquin Phoenix, seorang profesor filsafat. Film Irrational Man menimbulkan kontroversi karena karakter Stone seharunya seorang keturunan Asia, Hawaii, dan Swedia. Stone kemudian menyesali proyek tersebut, dan mengakui whitewashing sebagai masalah di Hollywood. Meskipun kritik, ia dinominasikan untuk Aktris Film Pilihan - Komedi di Teen Choice Awards 2015. Stone juga muncul dalam video musik untuk singel oelh Win Butler berjudul "Anna".