2012'de Kloss British Vogue, Vogue Japonya,ve Harper's Bazaar Rusya ve Numéro'da Eylül kapağı oldu. Juicy Couture, Stefanel, Elie Saab, ve Jean Paul Gaultier kampanyalarında yer aldı. Victoria's Secret Fashion Show'dan hemen önce Karlie uzun saçlarını kesti.2013'te Kloss Donna Karan, Lacoste ve Lanvin kampanyalarının yüzü oldu. Kloss 2013 Victoria's Secret summer swimwear videosunda yer aldı. Kloss ayrıca 2013 MTV Movie Awards'da kırmızı halı sunucusuydu. Kloss Daria Strokous, Monika Jagaciak ve Iris Strubegger'ın Louis Vuitton'daki Alma çantası kampanyasının yıldızı oldu.2015'te Kloss ve en yakın arkadaşlarından Taylor Swift, Vogue Amerika'nın mart sayısı için birlikte kapak kızı oldular. Kloss, Swift'in ''Bad Blood'' klibinde ''Knockout'' rolünde oynadı.