2012年，被制片人刘恺威选中，出演都市商战悬爱剧《盛夏晚晴天》，在剧中饰演靖媛，而这也是黄梦莹的首部影视剧作品；之后，加盟张孝正执导的青春励志偶像剧《红酒俏佳人》，在剧中饰演外表时尚美艳、性格单纯任性的拜金女谭伊娜。

2013年，与马雅舒、何赛飞合作出演家庭情感剧《娘家故事4之爱的陪伴》，在剧中饰演何小西的女儿苏静儿。

2014年2月14日，被田羽生选中，参与了韩庚主演的爱情喜剧片《前任攻略》；4月，出演陈咏歌执导的传奇武打剧《黄金血道》；5月，在都市伦理剧《亮色人生》中，饰演欧大志的妹妹欧筱敏；7月，参演蒋家骏执导的时尚爱情喜剧《爱情回来了》；12月，搭档何晟铭出演民国武侠剧《杜心五传奇》，在剧中饰演杜心武温婉贤淑的结发妻子安玉兰；12月31日，与高伟光、张云龙等参加湖南卫视跨年演唱会，演唱歌曲《新年快乐》。

2015年，出演何东兴执导的爱情偶像剧《恋恋阙歌》，在剧中饰演女记者艾莲；同年，在田少波执导的都市情感轻喜剧《御姐归来》中，饰演清秀的大学生夏青青。

2016年，与杨幂、赵又廷、迪丽热巴合作出演古装玄幻爱情仙侠剧《三生三世十里桃花》，饰演心机颇深的昭仁公主素锦；同年，主演公安青春励志剧《警花与警犬》，在剧中饰演警花倪娜；10月24日，出演林玉芬执导的古装奇幻爱情剧《醉玲珑》饰演貌美如花的阿柴族公主朵霞。

2017年1月，黄梦莹与杨幂、成龙共同参加浙江卫视竞技真人秀综艺节目《王牌对王牌》第二季；6月，与赵丽颖、林更新合作出演的古装传奇爱情剧《楚乔传》在湖南卫视播出，她在剧中则饰演了南梁长公主萧玉；8月，与张云龙、乔欣合作后都市情感剧《趁我们还年轻》，饰演优雅美丽又敏感缺乏安全感的交际高手纪绚丽；12月2日，黄梦莹获得“爱奇艺尖叫之夜”年度人物塑造奖。

2018年1月1日，黄梦莹获得国剧盛典媒体推荐演员奖。1月27日，主演的海外安全题材剧《莫语者》杀青。5月，与马丽、潘粤明合作主演现实主义题材剧《逆流而上的你》，在剧中饰演活泼开朗，勇敢主动的空姐高蜜。

2019年4月28日，由南派三叔原著改编的电视剧《盗墓笔记重启之极海听雷》再次官宣，黄梦莹饰演剧中哑女；10月12日，参加青春体娱跨界类型节目《超新星全运会第二季》。10月17日，由黄梦莹出演的《没有秘密的你》在腾讯视频上线播出，在剧中饰演精英律师顾思语。10月25日，“触点未来·影动中国”首届中国网络电影周落幕，著名影视表演艺术家岳红、张凯丽、颜丹晨携手青年演员俞灏明、胡先煦、黄梦莹现身红毯，带来情景朗诵《光影记忆》。