22 marca 2018 wydał utwór „In My Blood”, będący głównym singlem z jego trzeciego albumu, zatytułowanego Shawn Mendes, który ukazał się na rynku 25 maja. Drugim singlem z płyty został utwór „Lost in Japan”. Zaś trzecim singlem z tej płyty został „Youth” z gościnnym udziałem Khalida. Od 7 marca 2019 odbywa trasę koncertową Shawn Mendes: The Tour, która obejmowała m.in. występ na Tauron Arenie w Krakowie (2 kwietnia 2019). 26 sierpnia podczas gali MTV Video Music Awards 2019 za utwór Señorita otrzymał dwie nagrody w kategoriach: Najlepsza kinematografia i Najlepsza współpraca.
30 września 2020 wydał intro zapowiadające nowy singiel zatytułowany „Wonder”, którego premiera odbyła się 2 października oraz ogłosił premierę nowego albumu na 4 grudnia. 13 października Mendes ogłosił, że dokument zatytułowany In Wonder, który będzie kroniką ostatnich kilku lat życia Mendesa, zostanie wydany w serwisie Netflix 23 listopada. 16 listopada 2020 roku Mendes ogłosił współpracę z Justinem Bieberem pod tytułem „Monster”. Singiel i teledysk ukazały się 20 listopada 2020 roku. 6 grudnia Mendes zorganizował koncert zatytułowany Wonder: The Experience, podczas którego wykonał sesję pytań i odpowiedzi, wykonał piosenki z albumu i opowiedział o kulisach tworzenia płyty.