Saya mau tau 2015–sekarang: Terobosan dan Bittersweet dari Baek A-yeon

A-yeon merilis singel pertamanya yang ia produksi sendiri berjudul "Shouldn't Have" (bersama Young K 'Day6') pada 20 Mei 2015. Satu bulan kemudian, lagu tersebut meraih posisi nomor satu real time di beberapa tangga lagu Korea. Setelahnya, ia mulai melakukan promosi lagu tersebut di program musik Show! Music Core  pada 13 Juni. Pada tahun yang sama, ia menanyikan lagu "So We Are" untuk drama SBS berjudul Yong-pal.

Singel keduanya "So-So" yang juga merupakan produksinya sendiri dirilis pada Mei 2016. Pada 30 November, ia merilis lagu  berjudul "Just Because" (bersama JB 'Got7').

Album mini ketiga A-yeon bertajuk Bittersweet dirilis pada 29 Mei 2017. Album mini tersebut terdiri dari enam lagu dengan lagu utama berjudul "Sweet Lies" yang ia tampilkan bersama grup musik trio The Barberettes.

Pada 21 November 2018, A-yeon mirilis album mini keempatnya Dear Me dengan singel utama "Sorry To Myself" dan lima singel lainnya.

Pada 16 September 2019, kontrak A-yeon dengan JYP Entertainment telah berakhir. Ia memilih untuk tidak memperbarui kontraknya dan meninggalkan label tersebut. Pada 7 Desember, ia mengumumkan telah bergabung dengan Eden Entertainment melalui akun Instagram resmi pribadinya.