Gw mau tau 2016–sekarang: Popularitas mancanegara dari Song Joong-ki

Song membuat penampilan kecilnya kembali dalam Descendants of the Sun bersama aktris Song Hye-kyo, berperan sebagai petugas militer. Drama ini sangat populer di Korea dengan puncak rating pemirsa 41.6% dan di Asia, di mana drama ini dilihat 2.5 miliar kali iQiyi. Drama ini membangun kembali Song sebagai pemimpin Hallyu dan ia menduduki jajak pendapat popularitas di Asia.

Song ditunjuk sebagai Duta Kehormatan Pariwisata Korea oleh Organisasi Pariwisata Korea untuk secara aktif mempromosikan pariwisata Korea ke seluruh dunia. Ia juga masuk sebagai satu dari Top 100 Pemimpin Generasi Masa Depan, pada urutan #34. Ia menjadi wajah lebih dari 30 merek pada tahun 2016 saja dan merupakan salah satu penerima penghargaan "Brand of the Year" Korea. Dia kemudian memulai serangkaian tur Asia laris yang mencakup 10 kota berbeda, di mana ia bertemu dengan lebih dari 60,000 penggemar.

Song memulai pengambilan gambar untuk film periodik Battleship Island tak lama setelah Descendants ditayangkan. Ia berperan bersama aktor So Ji-sub dan Hwang Jung-min dan memerankan anggota gerakan kemerdekaan Korea, yang menyusup ke dalam Pulau Hashima untuk menyelamatkan rekannya.