Năm 2014, cô tham gia loạt phim The Conjuring Universe với vai diễn chính trong bộ phim kinh dị Annabelle của đạo diễn John R. Leonetti và do James Wan sản xuất. Bộ phim thành công về mặt phòng vé và trở thành phim kinh dị có doanh thu cao thứ mười bốn.[7] Màn trình diễn của Wallis nổi bật và cô đã được đề cử tại Giải thưởng Điện ảnh & Truyền hình MTV năm 2015 cho Màn trình diễn đáng sợ nhất.[8][9] Cô trở lại với vai Mia Form trong Annabelle: Creation (2017). Năm 2014, cô đóng vai Muriel Wright, Bond Girl, trong mini-series phim truyền hình Fleming: The Man Who would Be Bond cùng với nam diễn viên Dominic Cooper.

Wallis đóng vai chính trong bộ phim kinh dị của đạo diễn James Wan là Malignant. Phim được Warner Bros lên lịch công chiếu vào tháng 8 năm 2020 nhưng việc phát hành đã bị hoãn lại đến một ngày không xác định do đại dịch COVID-19.[10] Vào tháng 2 năm 2020, ngay trước khi Vương quốc Anh ra lệnh đóng cửa vì đại dịch, cô đã hoàn thành việc quay bộ phim hài Giáng sinh Silent Night.[11]