Năm 2016, Mai Khôi tham gia vào các cuộc biểu tình vì môi trường chống lại Tập đoàn thép Formosa Hà Tĩnh sau thảm họa sinh vật biển năm 2016 do công ty này gây ra.[17] Cô cũng nộp đơn xin tranh cử với tư cách ứng viên độc lập cho một ghế trong Quốc hội Việt Nam, nhưng không được tham gia bởi Mặt trận Tổ quốc Việt Nam.[18][19] Sau khi cố gắng tham gia chính trị, mức độ đàn áp dành cho cô ngày càng gia tăng, bao gồm cả các cuộc tấn công của cảnh sát vào các buổi hòa nhạc của cô và việc chủ nhà trọ nơi cô ở bị chính quyền gây áp lực buộc đuổi cô và chồng ra khỏi nhà.[3] Từ năm 2017, Khôi thuê một căn hộ dưới tên một người bạn ở một địa điểm bí mật ở Hà Nội.[20]

Khôi cũng lên tiếng chỉ trích Facebook vì hợp tác với các yêu cầu kiểm duyệt internet do Chính phủ Việt Nam áp đặt, khẳng định điều này sẽ gây tổn hại rất lớn cho một trong những nơi được xem như chốn tị nạn cuối cùng cho quyền tự do ngôn luận trong một quốc gia mà sự đàn áp là chủ yếu.[21][22] Ngoài ra, việc kiểm duyệt này, theo Khôi, sẽ ngăn chặn những buổi trực tiếp âm nhạc và cô rất có nguy cơ bị bắt giữ ngay lập tức.[23]

Khôi là một trong những nhà bất đồng chính kiến mà Tổng thống Hoa Kỳ Barack Obama đã gặp trong chuyến thăm nước này năm 2016.[5][24] Cô đã lẩn trốn trước cuộc họp để tránh bị giam giữ và ngăn không cho tham dự.[25] Ngày hôm sau, cô được bốn cảnh sát đến thăm và đe dọa.[26]

Khi người kế nhiệm của ông Obama, Donald Trump đến thăm đất nước này vào năm 2017, cô đã giương cao biểu ngữ "PeacePiss on you Trump" để phản đối chủ nghĩa phân biệt chủng tộc do Trump khởi xướng đồng thời cho rằng chủ nghĩa của ông không cách nào có thể thúc đẩy nhân quyền tiến bộ.[4] Hậu quả, ngày hôm sau, Khôi và chồng bị đuổi khỏi căn hộ ở Hà Nội sau chuyến "viếng thăm" của các mật vụ chính phủ.[27]

Năm 2018, Tổ chức Ân xá Quốc tế đã đưa Mai Khôi vào danh sách "12 nhà hoạt động nhân quyền truyền cảm hứng để theo dõi".[28][29] Cuối năm đó, cô bị câu lưu 8 tiếng tại sân bay Nội Bài, Hà Nội sau khi trở về từ chuyến lưu diễn châu Âu. Tất cả các bản sao trong album mới Dissent của Khôi đều bị chính quyền tịch thu.[16]