2011年12月15日，《金陵十三钗》在北京全国政协礼堂举行首映仪式，李纯带领其余十二钗翩翩起舞。该片最终票房超过6亿，获得2011年华语片票房冠军。2012年6月5日，李纯与斯琴高娃、聂远、中野良子、中泉英雄等中日演员合拍中国首部观音题材电影《不肯去观音》开机，片中饰演清丽可人、善良仁爱的观音菩萨化身莲妹。该片在2013年第37届蒙特利尔国际电影节上获得“世界优秀电影奖”。同年出演刘奋斗导演的微电影《剪刀石头布》。2013年8月1日，由佟丽娅主演的都市婚恋爱情轻喜剧《大都市小爱情》开机，剧中饰演苏勤。2013年9月16日，张艺谋导演的国内首次采用了4K高视效制作技术、中国电影史上首部IMAX文艺片《归来》开机。李纯片中饰演崔美芳。该影片于2014年5月16日在全国上映并入选为第67届戛纳国际电影节特别展映单元影片，该片获得第34届香港电影金像奖最佳两岸华语电影。