2012年2月，主演爱情电影《LOVE To RAIN》，作为演员出道 ；同年，主演剧情电影《转校生》，该影片入围2013 SKIP CITY国际数字电影节短篇电影竞赛单元 ；7月，出演个人首部电视作品，搭档知念侑李，出演校园爱情群像剧《sprout》，剧中饰演暗恋着心中真命天子的少女池之内实红 。2013年3月，出演日本NHK台爱情剧《神之船》 ；4月，与米仓凉子、沟端淳平等合作，参演校园剧情连续剧《35岁的高中生》，片中饰演3年A组的学生卫藤瞳 。2014年6月，与役所广司、小松菜奈等合作，出演悬疑电影《渴望》，片中饰演因禁断之情走上吸毒之路的长野智子 ；8月，在恐怖电影《人狼游戏2：野兽阵营》中饰演“村民”之一的宗像美海 ；9月，与中条彩未联合主演由恐怖游戏改编的电影《零～Zero～》，森川葵在片中饰演热爱摄影的少女风户满，并第一次挑战了吻戏 。2015年1月，与菅田将晖共同主演的剧情电影《Chocolietta》在日本上映，该片改编自同名小说，森川葵在片中尝试了寸头造型 ；2月，主演剧情电影《讨厌女生》，片中饰演外表可爱但性格恶劣的和泉切子 ；4月，告别杂志《Seventeen》的专属模特身份，正式从该杂志毕业，专攻演员事业 ；5月，与菅田将晖、本乡奏多、间宫祥太朗等合作，出演剧情电视剧《想吃什锦面》 ；10月，在富士电视台播出的改编自作家加藤实秋的小说的剧情电视剧《Teddy Go》 中首次担当连续剧主演，剧中饰演性格直率的主人公山濑和子 ；同月，在TBS深夜档播出的漫改电视剧《监狱学园》中，饰演里学生会书记绿川花 ；11月，与中川大志、千叶雄大、松井爱莉合作，主演根据手机小说改编的电影《通学系列之通学途中》 。2016年1月，参演日本富士台冬季档月九爱情剧《念及此情定然泪下》，片中饰演想要摆脱乡村被染上城市色彩的逞强女生市村小夏 ；2月，参演青春喜剧电影《Too Young to Die 年轻就死去》，片中饰演被男主角爱慕的清纯高中女生手冢广美 ；3月26日，主演的恐怖电影《ドロメ》在日本上映 ；7月，参演NTV深夜档剧情电视剧《遗产继承律师柿崎真一》 ；12月，出演漫改电影《老师！》，森川葵饰演南高弓道部员千草惠 。2017年，出演改编自作家鬼冢忠的同名小说的剧情电影《花战》，森川葵饰演的是原作中没有出现的原创角色绘师阿莲 。