2012年6月8日，主演的悬疑惊悚电影《笔仙惊魂》上映，柴碧云在片中饰演阴暗恐怖的女学生凌菲 ；7月14日，她参演的革命战争剧《先遣连》播出，其在剧中饰演兵团中的卫生员刘翠翠 ；同年，与叶璇、刘恩佑、莫小棋合作出演年代情感剧《青春烈火》 。
2013年，参演由赵丽颖、陈晓主演的古装爱情励志剧《陆贞传奇》播出，在剧中饰演青镜殿宫女荷蕊；随后，出演谭俏、梁国冠共同执导的古装爱情剧《紫钗奇缘》，饰演忠心耿耿、武功高强的侍女浣纱 ；同年，主演黄文利执导的年代抗战剧《猛兽列车》，在剧中饰演滨城抗联特工队队长林胜男。
2014年4月，出演的都市悬疑剧《唱·战记》播出，柴碧云一人分饰两角，分别饰演豪爽侠义、热血热肠的紫文和子夜前女友、古胜天的女儿艾伦 ；10月，出演的功夫武侠电视剧《少林寺传奇藏经阁》 播出，在剧中饰演哑姑/小泽杏子 。
2015年4月，出演杨智谦、何振华共同执导的古装廉政剧《糊涂县令郑板桥》在横店开拍，而这也是柴碧云和赵毅第二次合作搭档情侣 ；10月，她还出演了王大治执导的爱情喜剧《非常同伙》 。
2016年，出演由黄祖权执导的古装武侠爱情剧《新边城浪子》播出，在剧中饰演命运悲惨却情深义重的翠浓姑娘 ；同年，友情出演的都市情感励志剧《我是幸运儿》 。
2017年2月，柴碧云主演了古装武侠剧《武当一剑》，她在剧中饰演郑巧儿 ；6月11日，由其出演的青春偶像剧《夏至未至》播出，她在剧中饰演了敏感而又好强的程七七 ；12月，柴碧云参加了浙江卫视演技竞演类励志节目《演员的诞生》的录制 。2018年1月12日，柴碧云凭借古装武侠剧《新边城浪子》获得第十四届南方盛典潜质女演员奖；1月24日，其主演王梓执导的现代情感剧《我们的四十年》杀青，在剧中饰演靠摆残棋谋生的西城 ；5月20日，与孙绍龙、奇凌合作主演都市情感剧《我要和你在一起》，在剧中一人分饰两角，饰演留学归来的妹妹林美雅与辗转于格斗场的姐姐杜若男 。
2019年4月20日，与李倩、何明翰合作主演都市情感剧《明天，会更好》，在剧中饰演了善良果敢的刘小怜 ；7月1日，与郑爽、马天宇合作主演的青春励志剧《流淌的美好时光》播出，饰演性格单纯善良、感性呆萌的漫画高手郝湉 。
2020年9月，主演的都市励志剧《星辰大海》在中山开机。