2012年，卡拉·迪瓦伊首次参演了电影《安娜·卡列尼娜》，客串了Sorokina公主；2014年参演了英剧《Playhouse Presents》，同年主演了BBC悬疑电影《天使脸庞》，饰演女二号Melanie，12月，在卡尔·拉格斐掌镜的香奈儿手工坊献礼短片《reincarnation》中，卡拉作为女主角饰演了茜茜公主， 并且与美国歌手法瑞尔·威廉姆斯合唱了歌曲《cc the world》。 2015年4月卡拉在好友泰勒·斯威夫特的歌曲MV《bad blood》中进行客串， 7月24日，由卡拉作为女主角的爱情悬疑电影《纸镇》上映，她饰演了一个热爱冒险的少女， 并凭借此片获得“青少年选择奖-最具突破影人”；10月又在新版《彼得·潘》中饰演美人鱼， 之后接连出演了《kids in love》、《伦敦场地》等片。2016年8月5日，卡拉加盟DC反英雄大片《自杀小队》，饰演女巫一角，与杰瑞德·莱托、威尔·史密斯等影星合作， 并凭借此片获得“青少年选择奖-最受期待女演员”； 同年参演新片《狂热郁金香》，饰演Henrietta，与克里斯托弗·瓦尔兹、艾丽西卡·维坎德等人合作。在吕克·贝松的漫改新片《星际特工：千星之城》中，卡拉搭档戴恩·德哈恩，出演女主角劳拉琳，本片将于2017年上映。