2013年4月，林丹在2012年奥运结束后休假7个月的林丹首度亮相国际赛场，参加了亚洲羽毛球锦标赛，没有种子编号的他成功挤身八强，但却因肩伤遗憾退赛，保送队友王睁茗晋级半决赛。8月11日，在2013年世界羽毛球锦标赛上，修整长达一年，世界排名已跌至286名的林丹以外卡选手身份出战，最终杀入男单决赛。决赛中，林丹和老对手李宗伟再度相逢。在首局16-21告负后，林丹在第二局以21-13将比分扳平。决胜局，李宗伟在17-20落后时，因腿部抽筋宣布退赛，从而让林丹创造了世锦赛五冠的纪录。
2017羽毛球世界锦标赛展开半决赛的厮杀，7号种子、赛会五冠王林丹与头号种子、韩国名将孙完虎展开强强对话，林丹直落两局获胜晋级决赛，他将与战胜谌龙的安赛龙争夺冠军，冲击他个人世锦赛第六冠。
2014年9月28日，仁川亚运会羽毛球项目男子单打的半决赛，林丹苦战3局以2:1击败马来西亚选手李宗伟闯入决赛。9月29日，仁川亚运会羽毛球男子单打决赛，在中国内战上，林丹在先丢一局的情况下，连扳两局，逆转拿下谌龙成功卫冕夺取亚运两连冠。
2015年4月26日，羽毛球亚锦赛在武汉落下帷幕，林丹2:0战胜队友田厚威卫冕男单冠军；9月14日，在世界羽联超级赛日本公开赛决赛上，林丹击败丹麦球手安赛龙获得超级赛男单冠军。
2016年3月13日，在世界羽联超级系列赛顶级赛事——全英公开赛上，半决赛上林丹以2:1逆转队友薛松，第九次打进全英赛男子单打决赛，成为继印度尼西亚华裔羽坛传奇梁海量之后，38年来第一位九次闯进全英赛男子单打决赛的选手。在男单决赛中，林丹2:0轻取田厚威，第六次在全英公开赛登顶；4月24日，在世界羽联黄金大奖赛中国羽毛球大师赛上，林丹2:0战胜谌龙第6次夺得中国大师赛男子单打冠军。林丹职业生涯冠军数达到62个，追平李宗伟的夺冠记录；8月17日，在里约奥运会羽毛球男子单打1/4决赛中，林丹以2:1战胜印度黑马斯里坎特，晋级半决赛。 8月19日，里约奥运会羽毛球男子单打半决赛中，林丹以1:2负于李宗伟，未能进入决赛，无缘该项目奥运三连冠。8月20日，里约奥运会羽毛球男单铜牌争夺战，林丹1-2不敌阿塞尔森，林丹获得第4名。
2016年11月，林丹加盟广州粤羽俱乐部。2017年5月林丹在微博爆料广州粤羽欠薪事件。随后中国羽协取消了广州粤羽的羽超参赛资格。
2017年3月19日，世界羽联黄金大奖赛瑞士公开赛男子单打决赛，林丹以2:0轻取队友石宇奇，打破个人长达11个月的冠军荒。这是“超级丹”自去年4月中国大师赛后获得的首个冠军，经历里约奥运会卫冕失利和个人形象危机后，重归赛场的林丹终用冠军回应了来自各方的质疑。
2017年4月9日，世界羽联超级系列赛马来西亚公开赛男子单打决赛中，林丹和李宗伟上演第38次林李大战，最终作为7号种子参加比赛的林丹2：0完胜头号种子李宗伟，首次获得马来西亚赛冠军，也结束了对阵李宗伟的三连败，终结东南亚赛事生涯无冠纪录。
2017年8月28日，在羽毛球世界锦标赛男单决赛中，林丹以0：2不敌丹麦选手安赛龙，获得亚军，从而无缘该项赛事的六连冠。
2017年9月3日，第十三届全运会男团决赛中，林丹代表的北京队3：2力克福建队夺冠，这也是林丹个人首个全运会团体冠军。林丹2：0战胜福建队张祺，帮北京队拿下一分。
2017年9月8日，第十三届全运会羽毛球男单冠军争夺战，赛会三冠王林丹与首次进决赛的石宇奇争夺冠军，结果林丹21-12、21-13轻松获胜，成功卫冕的同时，他也成为全运会史上实现男单四连冠的第一人。
2017年10月12日，第十三届全运会北京体育代表团总结大会上，获得“最佳运动员”荣誉。