Tego samego roku została wyróżniona przez magazyn „Screen International” jako jedna ze „Stars of Tomorrow”. W październiku 2015 zagrała Izzie w słuchowisku The Price of Oil, emitowanym na antenie BBC Radio 4. W listopadzie zagrała rolę Amy w grze Need for Speed, posługując się amerykańskim akcentem. Wystąpiła również w krótkometrażowym filmie NippleJesus, adaptacji opowiadania Nicka Hornby’ego, gdzie zagrała Siobhan.
W 2016 wcieliła się w Christine w szóstym sezonie serialu Vera oraz ponownie wystąpiła jako Waif w kolejnym sezonie Gry o tron. W maju i czerwcu 2016 roku zagrała główną rolę Niny Stibbe w serialu BBC Love, Nina. Wystąpiła też jako Blue Colson w odcinku Znienawidzeni serialu Czarne lustro. W 2017 Marsay zagrała jedną z głównych ról w debiutanckim filmie Daisy Aitkens Ty, ja i on z Lucy Punch i Davidem Tennantem, a także w filmie Czas mroku z Garym Oldmanem w roli głównej. Wystąpiła także w inscenizacji sztuki Jima Cartwrighta pt. Road w Royal Court Theatre w Londynie. W grudniu 2017 zagrała główną rolę w dramacie ITV Bancroft u boku Sarah Parish. Tego samego roku zagrała w filmie telewizyjnym Shamed, wyemitowanym na antenie Channel 4. W 2018 Marsay wystąpiła z Jamesem Nortonem w koprodukcji BBC i AMC, serialu McMafia.