Drugi studyjny album Goulding „Halcyon” został wydany w październiku 2012 roku. Głównym singlem promującym wydawnictwo była piosenka „Anything Could Happen”, album promowały również single Figure 8 oraz Explosions. Płyta zadebiutowała na pozycji 2 listy UK Albums Chart aby po 65 tygodniach wspiąć się na pozycję 1. W notowaniu US Billboard 200 w Stanach Zjednoczonych Halcyon zadebiutował na pozycji 9. Jak w przypadku debiutanckiej płyty Ellie Goulding, Halcyon doczekał się reedycji, która została wydana w sierpniu 2013 roku, nosząc nazwę Halcyon Days. Wydawnictwo promował singiel Burn, który stał się pierwszym w karierze piosenkarki numerem 1 w UK listy UK Singles Chart. Podczas Brit Awards 2014, otrzymała nagrodę w kategorii British Female Solo Artist.
W listopadzie 2015 roku, Goulding wydała swój trzeci album studyjny Delirium, którym głównym singlem była piosenka On My Mind. Album był promowany również utworami Army oraz Something in the Way You Move. Na płycie znaleźć można też singiel Love Me Like You Do, za którą wokalistka otrzymała swoją pierwszą nominację do nagród Grammy w 2015 roku w kategorii Best Pop Solo Performance.