2014年8月には7都市14公演をまわるアリーナツアー『Perfume 5th Tour 2014「ぐるんぐるん」』を開催し、約13万人を動員。同年11月にはワンマンツアーとして巡る地としては初となる、アメリカを含めた「Perfume WORLD TOUR 3rd」を開催。多くの海外ファンを熱狂させる。
2015年9月21日に、結成15周年、メジャーデビュー10周年を迎え、その節目を飾る『Perfume Anniversary 10days 2015 PPPPPPPPPP』と題したイベント&ライブを開催。また10月28日には、通算22枚目のシングルとなる「STAR TRAIN」をリリース。10月31日には、2014年に行った「Perfume WORLD TOUR 3rd」の模様を撮影したドキュメンタリー映画「WE ARE Perfume -WORLD TOUR 3rd DOCUMENT」を公開。
2016年4月6日には、前作「LEVEL3」から約2年半ぶりとなるオリジナルアルバム「COSMIC EXPLORER」をリリースし、そのアルバムを引っさげ、5月から全国7都市15公演を巡る全国ツアー『Perfume 6th Tour 2016 「COSMIC EXPLORER」』を実施。