autorski utwór „Break Again”, którą Puth napisał we współpracy z Robertem Gilliesem.
Puth po jakimś czasie opuścił eleveneleven i podpisał umowę z wytwórnią Atlantic Records. W 2013 wydał niezależnie album pt. Ego.
2015–16: Some Type of Love i Nine Track Mind W lutym 2015 wydał singiel „Marvin Gaye”, który nagrał w duecie z Meghan Trainor. W tym samym roku napisał, współpracował i zaśpiewał gościnnie w utworze „See You Again” z Wizem Khalifą. Piosenka znalazła się na ścieżce dźwiękowej do filmu Szybcy i wściekli 7. Numer został napisany w hołdzie aktorowi Paulowi Walkerowi i dotarł do pierwszego miejsca list przebojów w Australii, Austrii, Belgii, Szwecji, Kanadzie, Niemczech, Nowej Zelandii, Szwajcarii, Stanach Zjednoczonych i Francji. Puth odpowiadał także m.in. za produkcję utworu „Slow Motion” Treya Songza.
W maju 2015 wydał minialbum pt. Some Type of Love. W następnym miesiącu premierę miał utwór „Nothing but Trouble”, który nagrał z Lilem Wayne’em na ścieżkę dźwiękową do filmu dokumentalnego 808: The Movie.
29 stycznia 2016 wydał album pt. Nine Track Mind. W 2017 rozpoczął współpracę z marką odzieżową Hollister Co. 11 maja 2018 wydał album pt. Voicenotes, który promował singlami: „Attention”, „How Long” i„If You Leave Me Now”.