W 2011 Thomas i Salih odeszli z zespołu ze względu na nadmiar zajęć, a do Tylera Josepha dołączył Josh Dun. 8 lipca wydali swój drugi album pt. Regional at Best. W listopadzie zagrali w mieście Columbus wyprzedany koncert, przyciągając uwagę wielu wytwórni płytowych. W kwietniu 2012 ogłosili, że podpisali kontrakt z wytwórnią Fueled by Ramen. 17 lipca 2012 wydali pod skrzydłami wytwórni EP pt. Three Songs. W sierpniu koncertowali z zespołami Neon Trees i Walk the Moon. Ich album Vessel, nad którym pracowali z Gregiem Wellsem (producentem, który pracował m.in. z Adele i Katy Perry), został wydany 8 stycznia 2013.
19 maja 2015 wydali czwarty album studyjny pt. Blurryface. Wydawnictwo promowały m.in. single „Stressed Out”, który znalazł się na pierwszym miejscu listy AirPlay – Top w Polsce i uzyskał status potrójnej platynowej płyty, oraz „Ride”.