En el año 2012, destacó por su papel protagonista en la película Araf, por el que ganó numerosos premios y fue elogiada por su actuación por una directora japonesa.
[9][17][18] En el año 2013, Neslihan Atagül obtuvo su primer papel protagonista en la serie de drama y romance Fatih Harbiye junto a Kadir Doğulu.
La serie es una adaptación del libro homónimo del escritor turco Peyami Safa, publicada en 1931, donde interpretó a Neriman Solmaz, una joven huérfana de su madre que está comprometida con su novio de toda la vida hasta que conoce a Macit Arcaoğlu.
Sin embargo, la actriz no pudo completar la serie y anunció su retirada por problemas de salud ya que sufría el "síndrome del intestino permeable".
Además, la serie también ha sido distribuida por varios países como Rumanía, Puerto Rico, Paraguay, España, Ucrania, Argentina y Francia[31].
En 2022, Neslihan Atagül regresa a la televisión después de superar sus problemas de salud con la serie Gecenin Ucunda[33] que protagoniza junto a su marido Kadir Doğulu con el que ya había compartido protagonismo en 2013 con la serie Fatih Harbiye[34].
Sin embargo, la serie no consiguió conquistar al público turco registrando bajos índices de audiencia[35].
En octubre de 2013, Neslihan Atagül empezó una relación sentimental con Kadir Doğulu, su coprotagonista en Fatih Harbiye.