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O segundo mini-álbum do grupo, Page Two, foi lançado oficialmente em 25 de abril de 2016. O mini-álbum inclui a faixa principal "CHEER UP", uma regravação de Park Jiyoon "Precious Love" e "I'm Gonna Be a Star", que serviu de música tema do Sixteen. O grupo realizou no mesmo dia um show no Yes24 Live Hall, em Seul O MV de "CHEER UP", atingiu 10 milhões de visualizações no Youtube em cinco dias. TWICE ganhou seu primeiro prêmio em 25 de maio de 2016, no programa M! Countdown,que foi ao ar exatamente um ano após a estreia do primeiro episódio do Sixteen. O grupo continuou chegando ao primeiro lugar nas paradas de sucesso de programas como o Music Bank e Inkigayo.

Em 16 de agosto de 2016, foi reportado que Page Two tinha vendido mais de 150.000 cópias,fazendo com que o grupo fosse o primeiro girl group a ter ultrapassado a marca de mais de 100 mil cópias em apenas um ano.

Em setembro de 2016, o TWICE lançou suas duas cores oficiais, damasco e o magenta neon, e o nome oficial de seu fã-clube, que se chamaria Once. Cinco dias depois, a JYP Entertainment anunciou que o grupo estava se preparando para um retorno no final de outubro com um novo mini-álbum e outra faixa-título composta por Black Eyed Pilseung, embora uma data especifica não foi declarada. Em 10 de outubro, a empresa lançou um teaser do seu terceiro mini-álbum, intitulado TWICEcoaster: LANE1, através de seu site oficial e SMS, e que o lançamento do novo single estava para programado o dia 10 de outubro enquanto que o do lançamento do mini-álbum estava marcado para o dia 24 de outubro. Em 19 de outubro, TWICE revelou, o seu light stick com suas cores chamando de "Candy Bong", que é inspirado na faixa "Candy Boy" de seu primeiro mini-álbum.

Em comemoração ao primeiro aniversário,o grupo lançou a música "One in a Million", que foi composta em homenagem para seus fãs, através de uma transmissão ao vivo no site Naver V Live em 20 de outubro do mesmo ano. Em 24 de outubro, TWICEcoaster: LANE 1 e o MV da faixa "TT' foram lançados. TWICE realizou um concerto no mesmo dia, onde elas apresentaram pela primeira vez "TT", "One in a Million" e "Jelly Jelly".

Em 11 de novembro, O MV de "Like OOH AHH" atingiu 100 milhões de visualizações no Youtube, o que tornou TWICE o quarto girl group a alcançar 100 milhões de visualizações, juntamente a isto foi o primeiro videoclipe de estreia de qualquer grupo de K-pop a alcançar este marco. O MV de "Cheer Up" também chegou a 100 milhões de visualizações seis dias depois. Oito dias depois, "Cheer Up" ganhou o prêmio de "Canção do Ano" no 8º Melon Music Awards. Em seguida, foi seguido por outro prêmio de "Canção do Ano" no 18º Mnet Asian Music Awards em 2 de dezembro.

Em 26 de dezembro, foi anunciado através do twitter oficial do grupo, que elas estariam lançado uma versão especial de natal de TWICEcoaster: LANE 1. A versão natalina foi lançada em 19 de dezembro.

No final do ano, o YouTube revelou os 10 melhores videoclipes de K-pop mais amados pelos sul-coreanos em 2016. "Cheer Up" e "TT" foram classificados em 1º e 3º, respectivamente, nessa lista.

Em 3 de janeiro de 2017, o clipe de "TT" atingiu 100 milhões de visualizações, tornando-se o videoclipe de um grupo de K-pop mais visto em menos tempo, quebrando seu próprio recorde anteriormente alcançado com "Cheer Up".

Em 10 de janeiro, a JYP Entertainment anunciou a primeira turnê do grupo. O show chamado de TWICE 1st Tour: TWICELAND The Opening que foi realizado entre 17 e 19 de fevereiro no SK Olympic Handball Gymnasium, e também foi a primeira parada de sua turnê mundial.

Em 18 de janeiro, a JYP Entertainment também anunciou que TWICE lançaria um álbum especial em fevereiro após a conclusão da primeira etapa de sua turnê. O álbum especial, intitulado TWICECoaster: LANE 2, que foi um relançamento de TWICECoaster: LANE 1. O álbum e seu single principal, "Knock Knock", foram lançados ao mesmo tempo em 20 de fevereiro. O álbum vendeu 266.645 unidades em fevereiro de 2017.

No início de fevereiro, TWICE lançou seu site e suas contas em redes sociais japonesas. Grandes fotos e anúncios de TWICE foram vistos nas paredes de distritos de compras e nas estações de metrô em Tóquio em 8 de fevereiro. Também é notável que a "pose TT", que faz parte da coreografia da música "TT", foi imediatamente repetida por várias celebridades japonesas por meio de suas contas na rede social SNS e imediatamente a música se tornou popular entre os adolescentes japoneses.

Em 24 de fevereiro do mesmo ano foi anunciada a estreia do grupo no Japão, a data escolhida foi o dia 28 de junho de 2017. O grupo lançaria a compilação #TWICE, que consiste de 10 músicas, incluindo versões originais e as em japonesas dos singles "Like OOH-AHH", "Cheer Up", "TT", "Knock Knock" e "SIGNAL". No mesmo dia,os cinco principais canais de televisão do Japão apresentaram o grupo ao mesmo tempo e transmitiram ao vivo a coletiva de imprensa de lançamento do grupo no país.

Em 21 de março, TWICE confirmou a sua primeira apresentação no Japão, que foi realizada no Ginásio Metropolitano de Tóquio em 28 de junho.

Em abril, a JYP Entertainment anunciou o retorno coreano do grupo para maio, antes de irem para o Japão. Em 1 de maio, TWICE confirmou o lançamento de seu quarto extended play chamado SIGNAL com a faixa-título do mesmo nome, produzida por Park Jin-young. Isso marcou sua primeira colaboração com o Park. O EP, juntamente com o MV de "SIGNAL" foi lançado no dia 15 de maio às 18:00 KST. Ele contém seis faixas, incluindo "Eye Eye Eyes", co-escritas pelas integrantes Jihyo e Chaeyoung, e "Only You", escrita pela ex-integrante do Wonder Girls Yeeun.

Em 14 de junho, o grupo lançou a versão curta em japonês do MV de SIGNAL, como uma pré-visualização e contagem regressiva para a versão do álbum. Uma semana depois, elas lançaram o MV completo da versão japonesa de "TT", dirigida por Jimmy do BSPictures. Em 2 de julho,o TWICE realizou a sua primeira séries de shows no Japão, chamada Touchdown in Japan, totalizando 15 mil pessoas em duas datas. O álbum #TWICE estreou no número 2 no Oricon Albums Chart com 136.157 cópias vendidas na semana de lançamento . Em 18 de outubro, o grupo lançou seu primeiro single japonês, "One More Time". O lançamento foi antecipado para 6 de outubro, já que a música havia vazado na internet. O single-álbum foi um sucesso estrondoso, chegando ao primeiro lugar de vendas no primeiro dia de lançamento. Ele também é o single-álbum de um artista ou grupo sul-coreano na história do Japão.

TWICE lançou seu primeiro álbum completo twicetagram em 30 de outubro,juntamente com o MV da faixa-principal "LIKEY". O MV foi gravado em Toronto, no Canadá, durante o mês anterior. "LIKEY" foi composta por Black Eyed Pilseung e Jeon Gun. É quarta colaboração do grupo com Black Eyed Pilseung. Vários compositores participaram da composição do álbum, incluindo as integrantes Nayeon, Jeongyeon, Jihyo, Dahyun e Chaeyoung e também da ex-integrante do Wonder Girls Hyelim que compôs a faixa oito do álbum intitulada "Look At Me (날 바라바라봐)". Em 11 de dezembro, o álbum twicetagram foi relançado em uma versão natalina, intitulada Merry & Happy. O álbum contém duas novas faixas:o single "Heart Shaker" como faixa principal e "Merry & Happy".