2017年2月24日，發行第三首個人單曲《Bellyache》；2月30日，發布單曲《Bored》，該曲是Netflix電視劇《十三個原因第一季》的原聲歌曲；8月，推出了個人首張EP《Don't Smile at Me》；該專輯在公告牌專輯榜內停留了18周，取得了50億Spotify流媒體量；9月，蘋果音樂將比莉·艾利什稱為“Up Next”藝人，並上線收錄了3首現場歌曲的EP《Up Next Session: Billie Eilish》；年底，入圍2018年BBC年度新聲。
2018年，比莉·艾利什在歐美地區舉辦了首次個人巡迴演唱會“Where's My Mind Tour”；4月19日，與哈里德·羅賓遜為電視劇《十三個原因第二季》演唱的原聲歌曲《Lovely》發行；隨後，黑暗風格單曲《You Should See Me in a Crown》正式上線，該曲運用了大量的電子合成器作為背景節拍，歌曲靈感來自英劇《神探夏洛克》中的一句對白；10月，在美國俄勒岡州波特蘭拉開了“1 by 1 tour”世界巡迴演唱會的序幕；11月20日，推出單曲《Come Out and Play》，該曲被選為蘋果聖誕短片《Share Your Gifts》的宣傳曲，取得了超過1億6000萬的流媒體點擊量。
2019年1月，發行單曲《When I Was Older》，該曲被Netflix電影《羅馬》的原聲歌曲專輯收錄；同月，確定擔任英國獨立搖滾樂隊Florence + the Machine的巡演暖場嘉賓；1月31日，發行個人首張錄音室專輯的首發單曲《bury a friend》，該曲的創作靈感來自美劇《美國恐怖故事》；3月4日，個人單曲《Wish You Were Gay》發行，該曲是比莉·艾利什14歲被男生拒愛時所創作的；3月24日，獲得第32屆美國兒童選擇獎最受喜愛突破藝人；3月29日，個人首張錄音室專輯《When We All Fall Asleep, Where Do We Go?》正式發行，該專輯取得了60多個國家的iTunes冠軍，並以31.3萬張的全美首張銷量取得了公告牌專輯榜冠軍，她也因此成為首個登頂該榜單的00後歌手；與此同時，《bad guy》作為專輯主打單曲發行；4月，擔任美國科切拉音樂藝術節的表演嘉賓；4月24日，展開第三次個人世界巡迴演唱會“When We All Fall Asleep, World Tour”；5月，獲得第36屆ASCAP流行音樂獎先鋒獎；7月12日，賈斯汀·比伯參與演唱的混音版《Bad Guy》正式上線；7月23日，第36屆MTV音樂錄影帶大獎提名揭曉，比莉·艾利什獲得9項提名；8月12日，在第21屆青少年選擇獎中獲得最佳女藝人和最佳突破藝人兩個獎項；8月20日，《bad guy》取得了美國公告牌百強單曲榜冠軍，比莉·艾利什因此成為了第一個奪冠的00後歌手；8月26日，在MTV音樂錄影帶大獎頒獎典禮上獲得最佳新人、年度推介新人歌手、最佳剪輯三個獎項。
比莉·艾利什的音色包含了兩大要點：一是聲場上的超近距離感，二是情緒上的冷酷感。關於距離感，在人們聆聽《Bad Guy》或是《Bury A Friend》這些典型的“致郁系”單曲時，會明顯感受到她仿佛就在耳邊說悄悄話，用惡魔的低語進行某種教唆，這種極近距離的聽感首先來源於演唱時對於氣聲技術的運用。比莉·艾利什的音色本來就有一點軟糯沙啞，再加上氣聲的包裹和錄音時儘量靠近話筒所產生的“近講效應”，就令成品里那種酥酥麻麻的顆粒感就像是在給人們的耳膜撓痒痒。
小時候與弟弟的合照
