2015年，《暗杀教室》于3月21日全国上映，周末两天动员人数超过35万人，票房突破4亿日元，空降榜单第一位，最终票房27.7亿日元列本土真人电影年度第三，山田凉介提名第40届日本报知电影奖新人奖，获得第39届日本电影学院奖新人奖。8月22日-23日，Hey！Say！JUMP与V6联合担任第38届“24小时电视 爱心救地球”主持人，主题为“心连心~超越时空展笑颜~”，山田凉介主演SP《妈妈，我没事》，挑战癌症足球少年佐佐木谅平。

山田凉介,Ryosuke Yamada,山田涼介写真作品图片

2016年，3月25日《暗杀教室：毕业篇》全国上映 ，仅周末两日票房就突破6.3亿日元，成为本年度真人电影最高开画成绩，最终累计超过35.2亿，列日本真人电影年度第二，BD/DVD销量突破3万3000张。4月凭借去年参演的电影《蚱蜢》获得第25届日本评论家电影大奖新人男演员（南俊子赏）。主演真人漫改电影《钢之炼金术师》（2017年上映），饰演主角爱德华·艾尔利克，6月赴意大利拍摄。9月，主演富士电视台秋季档伦理爱情剧《该隐与亚伯》，成为杰尼斯平成年间出生的偶像中第一个主演“月九档”的人。

2017年，参加6月30日在美国洛杉矶召开的“第26届Anime Expo”和7月6日在法国巴黎召开的“第18届Japan Expo”，为电影《钢之炼金术师》做宣传。7月26日Hey!Say!JUMP发行十周年精选集，主打曲《I/O》由山田凉介首次挑战编舞。9月23日，其主演的根据东野圭吾同名小说改编的电影《解忧杂货店》上映 ，票房累计突破10亿。10月25日，携电影《钢之炼金术师》参加“第30届东京国际电影节”红毯和开幕式。Hey!Say!JUMP第一次参加NHK“红白歌会”，也是山田凉介时隔5年第5次登上“红白歌会”舞台（2009年~2012年以NYC名义）。

山田凉介,Ryosuke Yamada,山田涼介写真作品图片

2018年，主演1月在NTV开播的土十档家庭喜剧《掩饰之冬~我家问题解决了~》，扮演东大毕业的警察，第一集收视率13.3%刷新“土十”开档以来最高记录 。凭借2017年主演的两部电影《解忧杂货店》和《钢之炼金术师》获得第91届日本电影旬报奖最佳新人男演员奖，成为第二个摘得该奖项的杰尼斯艺人 。