Drugi album studyjny Mendesa, zatytułowany Illuminate, ukazał się 23 września 2016. Dotarł na pierwsze miejsce kanadyjskiej i amerykańskiej listy przebojów, a także duńskiego zestawienia Album Top-40. Zdobył status platynowej płyty w Danii oraz złotej płyty w USA, Polsce, Wielkiej Brytanii. Z albumu pochodzi m.in. singiel „Treat You Better”, który dotarł na szczyt polskiej listy przebojów AirPlay – Top. Pokrył się potrójną platyną w Polsce, podwójną platyną w Australii, platyną w USA, Wielkiej Brytanii i Danii oraz złotem w Kanadzie.
W marcu 2018 roku Mendes wydał „In My Blood” jako główny singiel z jego trzeciego albumu, zatytułowanego po prostu Shawn Mendes, który ukazał się 25 maja 2018. Płyta znalazła się na pierwszym miejscu Billboard 200, Billboard Canadian Albums i australijskiego zestawienia Top 50 Albums. Album zadebiutował na pierwszym miejscu w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Australii i kilku europejskich listach przebojów.. Zadebiutował na jedenastym miejscu na Hot 100 i na pierwszym miejscu w Adult Top 40, czyniąc Mendesa pierwszym artystą, który miał cztery single, które znalazły się na szczycie drugiej listy, zanim skończył 20 lat. Jego drugi singiel „Lost in Japan” został wydany następnego dnia. Wydał „Youth", „Where Were You in the Morning?" i „Nervous" jako single w maju.