2007年6月、3rdシングル「空色デイズ」をリリース。オリコン週間シングルチャートで初登場3位を記録し、累計約7万枚。デビューシングルから3作連続で売上が上昇。10月20日には、渋谷C.C.Lemonホールで自身初のソロライブ「貪欲☆まつり」を開催。チケットは25秒で完売した。大晦日には、『第58回NHK紅白歌合戦』（NHK）に初出場し、「空色デイズ」を披露した。日本における2大検索サイトYahoo! JAPANおよびGoogleにおいて、2007年度の検索ランキング・著名人部門で1位となる。2008年5月から全国5都市6会場で全10公演（追加公演を含む）の、自身初の全国ツアーを行った[注 3]。また、8月より初の作品展「続く世界」を開催。

2009年、ファッションブランド「mmts」を立ち上げる。同年8月1日に、香港でのアニメイベント「香港動漫節2009」に出演し、初の香港ライブを行う。8月25日には、『バラエティーニュース キミハ・ブレイク 飛び出せ!科学くんSP』（TBSテレビ）の企画で、海洋研究開発機構所有の有人潜水調査船「しんかい6500」に搭乗し、岩手県三陸沖の日本海溝の海底（水深5,351メートル）への着底に成功した。また、深海生物の観察と捕獲のミッションを遂行した。芸能人の「しんかい」への搭乗は緒形拳[18]以来2人目。10月24日に、初の日本武道館ワンマンライブ「中川翔子 超貪欲☆まつり IN 日本武道館」を開催。チケットは即完売した。

2010年3月3日発売の少女漫画雑誌『なかよし』2010年4月号で、原明日美作画による「中川翔子物語?空色デイズ?」の連載が開始される。同年6月3日発売の同誌2010年7月号まで連載された。8月18日、12thシングル「フライングヒューマノイド」をリリース。10作連続トップ10入りとなる。10月2日、初主演映画『恋の正しい方法は本にも設計図にも載っていない』が劇場公開。

2011年3月12日公開のディズニー映画『塔の上のラプンツェル』において、主人公ラプンツェルの日本語吹き替えを担当[注 4]。初めて長編アニメーションで主人公を演じた。10月22日、ジャッキー・チェンらと共に第24回東京国際映画祭に出演。2012年4月12日、香港政府観光局から「香港観光親善大使」に任命される。同年7月から、初のアジアツアーを開催。「2012年ベストビューティストアワード」タレント部門を受賞。

2013年5月1日、BEAMSとの共同プロデュースブランド「中川翔子×BEAMS『mmts（マミタス）』」のリアルショップが中野ブロードウェイ3階にオープン[19]。7月6日、母の桂子がTwitterで捨て猫などの保護運動を行っていることに触発されTwitterでの発信を開始[20]。2014年1月25日公開の映画『ヌイグルマーZ』に主演[21][22]。

2015年3月31日、自身のエッセイ『ねこのあしあと』を基にしたテレビアニメ『おまかせ!みらくるキャット団』がNHK Eテレで開始[23]。4月29日、でんぱ組.incとのコラボレーションしょこたん?でんぱ組としてシングル「PUNCH LINE!」を発売。

2020年4月、YouTubeチャンネル『中川翔子の「ヲ」』を開設[24][25][26]。

2021年6月13日に東京ドームで行われた総合格闘技「RIZIN28」では、朝倉海対渡部修斗戦でRIZIN史上初となる女性リングアナウンサー・実況解説者を務めた[27][28]。同年8月28日にYouTubeで公開した白ビキニの水着動画が[29]、10月19日に1000万回の再生回数を達成したことを自身のTwitterで報告し[30]、反響を呼んだ[31][32]。さらにはYouTubeチャンネルの登録者数が10万人増えて、70万人を突破したことも公表された[33][34]。

2022年9月2日、全身麻酔での手術を受けることを明らかにする[35]。3日、手術の終了を報告[36]。手術の内容は非公開だが、病気・怪我や美容整形ではないとしている[36]。2023年1月24日、再度手術を受けることになり自身のSNSでしこりを取り除く手術が成功したと報告した[37]。

2022年12月、ある新聞の記事において年齢の誤表記があったことと、その訂正記事で現在の年齢が改めて書かれたことに憤りとメディアでの年齢報道に対して疑問に感じたことから、年齢をいったん非公表にすることを自身のYouTubeチャンネルで発表した[38][39][40]。