15 lipca 2015 oznajmiły, że trzeci album będzie zatytułowany Get Weird. 25 września 2015 wydały jedynie drugi singiel z ich płyty, „Love Me Like You”, który został wykonany premierowo w australijskiej wersji programu X Factor w październiku 2015, następnie na Royal Albert Hall w grudniu 2015 oraz na Capital Jingle Bell Ball. 6 listopada wydały album Get Weird, z którym zadebiutowały na 2. miejscu listy UK Albums Chart i 13. na liście Billboard 200, dzięki czemu Little Mix stało się jedyną grupą z Wielkiej Brytanii, mającą swoje trzy albumy, które zadebiutowały w Top 15 amerykańskiej listy. Płyta jest pokryta dwukrotną platyną w Wielkiej Brytanii oraz do sierpnia 2016 sprzedała ponad 600 tys. kopii. Podczas finału brytyjskiego X Factor wystąpiły z medleyem singli „Black Magic” i piosenki „Sax” Fleur East. 5 grudnia 2015 potwierdziły, że trzecim singlem z albumu będzie „Secret Love Song”, zawierający gościnne wokale Jasona Derulo. Oficjalnie został on wydany 3 lutego 2016. 24 lutego zaśpiewały go na gali Brit Awards 2016, na której były nominowane do zdobycia statuetek w kategoriach Najlepszy brytyjski singiel oraz Najlepsze video brytyjskie.