Na początku 2013 nagrała utwór „Kill and Run”, napisany na potrzeby ścieżki dźwiękowej do filmu Wielki Gatsby. W tym samym czasie zaśpiewała gościnnie w utworze „Beautiful Pain”, umieszczonym na rozszerzonej wersji ósmego albumu studyjnego Eminema pt. The Marshall Mathers LP 2. W czerwcu tego samego roku otrzymała APRA Music Award dla autorki piosenek roku. 1 października wydała utwór „Elastic Heart”, który nagrał z The Weekndem i Diplo na potrzeby ścieżki dźwiękowej do filmu Igrzyska śmierci: W pierścieniu ognia.
We wrześniu 2013 ogłosiła, że kończy pracę nad szóstym albumem studyjnym, nad którym pracowała z Gregiem Kurstinem. 17 marca 2014 wydała singiel „Chandelier”, który osiągnął międzynarodowy sukces komercyjny i m.in. dotarł do pierwszego miejsca na amerykańskiej liście Hot Dance Club Play. W klipie do utworu zatańczyła Maddie Ziegler, uczestniczka programu Dance Moms. Za „Chandelier” uzyskała nominacje do nagrody Grammy za piosenkę roku, nagranie roku, najlepszą solową piosenkę pop i najlepszy teledysk. Pod koniec czerwca po raz drugi w karierze odebrała APRA Music Award dla autorki piosenek roku.