2016年4月20日，其领衔主演的古装玄幻剧《墨客行》开机拍摄，徐璐在剧中饰演古灵精怪、毒医双全的白莔莔；随后，与林心如、贾乃亮联袂主演的奇幻超能体验剧《奇妙的时光之旅》在湖南卫视播出，她在剧中饰演俏皮可爱的明星助理宋乔乔；同年，她还拍摄青春偶像剧《王子咖啡店》，并在剧中饰演王子咖啡店店员高兴；5月12日，以常驻嘉宾的身份加盟明星网友互动类真人秀节目《约吧！大明星》；11月11日，由徐璐主演的爱情励志片《减法人生》上映，她在片中饰演胖女孩闫丹，并为该片配唱主题曲《夜空中最亮的星》及宣传曲《没关系》，这是其首部电影作品；12月，搭档韩东君主演赛车题材电视剧《极速青春》，她在剧中饰演一个体育赛事的报道记者唐棠。

2017年1月，其领衔主演的都市情感剧《不得不爱》在爱奇艺首播，她在剧中饰演外强内柔的女主角林为零；6月，与文咏珊、赵立新等合作主演的谍战剧《风声》开机拍摄，她在剧中饰演心神百转、流星掣电的顾晓梦；7月21日，她主演的校园励志片《闪光少女》上映，徐璐在片中饰演学扬琴的高二学生陈惊，并凭借该片获得第20届上海国际电影节传媒频道传媒大奖最受传媒关注新人女演员，同时还提名亚洲新人奖最佳女演员奖及第十二届华语青年影像论坛年度新锐女演员；7月21日，她还主演冒险题材网剧《鬼吹灯之黄皮子坟》；10月25日，搭档秦俊杰主演的谍战剧《天衣无缝》开机拍摄，其在剧中饰演贵婉；11月21日，与黄轩、窦骁、周一围共同主演的古装魔幻剧《海上牧云记》在网络平台播出，徐璐在剧中饰演天资聪颖的未来皇后苏语凝。