Jabarkan 2015–2016: Get Weird dari Little Mix

Telah menulis lebih dari 100 lagu untuk album mereka selanjutnya, pada bulan Mei 2015 Little Mix merilis single utama berjudul "Black Magic" dari album studio ketiga mereka. Lagu ini debut di nomor satu di Inggris dan bertahan di puncak selama tiga minggu, menjadi single pertama yang melakukannya dari grup perempuan sejak lagu milik Sugababes berjudul "About You Now" pada bulan Oktober 2007. Single ini berada di nomor delapan di Australia dan nomor 67 di AS, menjadi single mereka dengan posisi paling tinggi yang berada di Billboard Hot 100. Little Mix ikut menulis single milik Britney Spears berjudul "Pretty Girls", yang juga rilis di Mei 2015.

Pada tanggal 15 Juli 2015 Little Mix secara resmi mengumumkan di Twitter bahwa album studio ketiga mereka akan berjudul Get Weird, dan akan tersedia untuk pra-pemesanan di Inggris di hari berikutnya, dengan tanggal perilisan global pada tanggal 6 November 2015. Pada tanggal 25 September grup ini merilis "Love Me Like You" sebagai single kedua dari album, hanya dirilis sebagai single di Britania Raya, Irlandia, Australia, dan Selandia Baru. Get Weird debut di nomor dua di Inggris dan menjadi album mereka dengan posisi tertinggi di sana pada waktu itu. Di AS album ini berada di nomor tiga belas di Billboard 200 menjadikan Little Mix grup perempuan satu-satunya dari Inggris yang mempunyai tiga album awal yang debut di lima belas besar di Billboard 200. Album ini telah disertifikasi dua kali platinum di Inggris dan telah terjual lebih dari 600,000 eksemplar di sana per Agustus 2016. Pada tanggal 5 Desember grup ini mengumumkan di Twitter bahwa "Secret Love Song" yang fitur dengan penyanyi berkebangsaan Amerika Serikat Jason Derulo akan dirilis sebagai single ketiga album. Single ini berada di nomor enam di UK Singles Chart.

Pada tanggal 13 Maret 2016 Little Mix mengadakan The Get Weird Tour untuk mempromosikan album itu, tur arena yang terdiri dari 60 tanggal melewati Eropa, Australia dan Asia. The Get Weird tour memegang rekor sebagai tur arena di Britania Raya terlaris pada tahun 2016 dengan lebih dari 300,000 tiket terjual hanya di Britania Raya. Pada tanggal 11 April 2016, grup ini mengumumkan "Hair" akan menjadi single keempat dari Get Weird, dan akan direkam kembali yang fitur dengan vokal tamu dari artis rekaman Sean Paul. Single itu rilis pada tanggal 15 April 2016 dan berada di nomor 11 di tangga lagu Inggris dan nomor 10 di Australia dan menjadikannya sebagai single keempat mereka yang berada di 10 besar di sana.

2016–2017: Glory Days dan Glory Days (Platinum Edition)

Pada 21 Juni 2016, terungkap bahwa Little Mix sedang menggarap album keempat mereka; kemudian memberi konfirmasi bahwa mereka akan merilis karya baru "sebelum Natal". Pada wawancara pada V Festival di Chelmsford, Little Mix mengumumkan lagu tunggalan utama dari album keempat mereka akan dirilis pada Oktober 2016.

Pada 13 Oktober 2016, Little Mix mengumumkan single utama berjudul "Shout Out to My Ex" dan album studio mereka selanjutnya akan bertajuk Glory Days. "Shout Out to My Ex" rilis pada tanggal 16 Oktober 2016, menyusul penampilan langsung pertama dari lagu ini di The X Factor. Lagu ini debut di nomor satu di UK Singles Chart dan menjadikannya sebagai single keempat mereka yang berada di puncak di sana. Lagu itu terjual sebanyak 67,000 unggahan di minggu pertama, menjadi penjualan unggah terbanyak di minggu pertama pada tahun 2016 di Britania Raya. Glory Days dirilis pada tanggal 18 November 2016 dan debut di nomor satu di UK album chart, menjadi album nomor satu pertama mereka di Britania Raya. Glory Days telah menghabiskan lima minggu di nomor satu di UK album chart per 13 Januari 2017, membuatnya menjadi album nomor satu dari grup perempuan terlama sejak debut Spice Girls 20 tahun yang lalu. Album ini mencapai nomor satu di Irlandia, dan debut di nomor dua di Australia, dan di 10 besar di Belanda, Selandia Baru dan Spanyol.

Little Mix mengumumkan pada tanggal 5 Desember 2016 bahwa "Touch" akan dirilis sebagai single kedua dari Glory Days; yang rilis pada tanggal 18 Desember 2016 dan mencapai nomor empat di Britania Raya. Little Mix mendapat tiga nominasi Brit Awards 2017 dan memenangkan Single Britania Raya Terbaik dengan "Shout Out to My Ex", di mana mereka juga menampilkan di acara ini. "No More Sad Songs" dirilis pada tanggal 3 Maret 2017 sebagai single ketiga dari "Glory Days".

Dari bulan Februari sampai April 2017 Little Mix menjadi artis pembuka untuk Ariana Grande di Dangerous Woman Tour di Amerika Utara. Grup ini kemudian mengadakan tur sendiri bertajuk The Glory Days Tour yang dimulai pada tanggal 24 Mei 2017 di Eropa, dengan tanggal pertama di Britania Raya diadakan pada tanggal 9 Oktober di Skotlandia. "Power" dirilis pada tanggal 26 Mei 2017, sebagai single keempat dari "Glory Days".

Pada bulan Agustus 2017, Little Mix dan boy band Amerika Latin bernama CNCO berkolaborasi dalam sebuah versi remix dari lagu berjudul "Reggaetón Lento (Bailemos)". Lagu ini masuk ke dalam versi baru dari Glory Days, yang dirilis pada tanggal 24 November 2017, dan fitur dengan empat lagu remix dan tiga lagu baru, dan juga bonus dengan film dokumenter. Terhitung pada November 2017, Glory Days telah terjual sebanyak lebih dari 1,6 juta keping di seluruh dunia.

2018: Summer Hits Tour dan LM5

Grup ini mengumumkan pada tanggal 27 November 2017 akan mengadakan Summer Hits Tour 2018, dengan tiket akan dijual pada tanggal 30 November. Tur ini dimulai pada tanggal 24 Maret 2018 di Chiba, Jepang, dengan mengisi acara POPSPRING Festival 2018.

Pada tanggal 14 Juni 2018, diumumkan bahwa lagu Little Mix dan trio DJ asal Amerika Cheat Codes, "Only You", akan masuk ke dalam album kompilasi berjudul The Pool Party, yang dirilis pada tanggal 6 Juli 2018 oleh Ministry of Sound. Lagu ini dirilis pada tanggal 22 Juni 2018.

Pada tanggal 30 September 2018, mereka mengumumkan "Woman Like Me", single utama dari album studio kelima mereka yang akan datang, yang fitur bersama rapper berkebangsaan Trinidad-Amerika Nicki Minaj di akun sosial media mereka. Lagu ini dirilis pada tanggal 12 Oktober 2018.

Pada bulan November 2018, diumumkan bahwa grup ini akan berhenti bekerja sama dengan perusahaan rekaman milik Cowell, Syco Music, karena perusahaan rekaman ini tidak bekerja sama dengan perusahaan manajemen mereka. Album kelima mereka akan dirilis di bawah RCA UK dan Columbia Records.