Sau khi chia tay hai anh chàng Chí Huy và Phước Lộc tại liveshow 2 của "X-Factor Vietnam - Nhân tố bí ẩn 2016", đêm liveshow 3 tiếp tục diễn ra với sự tranh tài của 11 thí sinh và nhóm nhạc, sẽ chỉ còn 9 gương mặt tiếp tục cuộc đua giành ngôi vị Quán quân được công bố ở cuối chương trình.
Bộ tứ giám khảo
MC Thành Trung - Gil Lê
Cô nàng xinh đẹp Trương Kiều Diễm mang đến cho ban giám khảo và khán giả một sáng tác mới của cô có tên "Ngày dài" với chính những trải nghiệm mà cô đã trải qua. Sau phần thi, Kiều Diễm không thể quay trở lại sân khấu để lắng nghe nhận xét do tình trạng sức khỏe không cho phép, có lẽ cô đã quá hồi hộp và căng thẳng khi lần đầu trình bày sáng tác mới của mình. Tuy nhiên, tiết mục của cô vẫn diễn ra đầy suôn sẻ, có chiều sâu và gần chạm đến trái tim khán giả theo lời ban giám khảo.
Dù nhận được "tấm vé vớt" để quay trở lại chương trình nhưng có vẻ như may mắn vẫn chưa mỉm cười với 3 chàng trai nhóm F.O.E khi ở tuần trước, nhóm đã bị rơi vào vòng nguy hiểm. Không còn quậy tưng sân khấu như những lần trước, F.O.E mang đến một sáng tác của chính thành viên Yanbi tên là "Good Night" với hình tượng vô cùng lịch lãm. Hồ Quỳnh Hương đánh giá bài hát của nhóm lần này có chiều sâu hơn và Diva Thanh Lam nhận xét đây là sự lột xác lớn của F.O.E.
Sau khí biến hóa hit quốc dân "Sau tất cả" ở tuần trước, Lê Hoàng Phong quyết định làm mới ca khúc "Sắc màu" của nhạc sĩ Trần Tiến được phối theo phong cách điện tử trong tuần này. Và Hoàng Phong chưa bao giờ khiến ban giám khảo lẫn khán giả hết bất ngờ bởi phần thể hiện của mình, Tùng Dương đánh giá Hoàng Phong tuy hát mở đầu nhưng lại hát rất chuẩn về cao độ và nghĩ nhạc sĩ Trần Tiến sẽ rất hài lòng với bản phối mới của thí sinh này. Hoàng Phong cũng tiết lộ bản phối này do chính anh trai của anh thực hiện.
Nguyễn Thị Thu Thủy tiếp nối chương trình với ca khúc sôi động "Anh mãi là" của nhạc sĩ Hồ Hoài Anh kết hợp cùng Ghi-ta Bass. Hồ Quỳnh Hương đánh giá cao tinh thần cầu tiến, muốn bứt phá khỏi giới hạn bản thân của "nàng thơ" chuyên về các ca khúc êm đềm này. Nhạc sĩ Dương Khắc Linh cảm thấy bất ngờ khi nhìn thấy một màu sắc khác của Thu Thủy.
Vẫn trung thành với các sáng tác của trưởng nhóm Phi Vũ, nhóm Dolphins đã đưa người nghe đến một không gian lãng mạn, đầy thơ mộng với bài hát "Cái ôm mơ màng" theo thể loại Pop Ballad. Ca khúc nói về những cảm xúc nhẹ nhàng, dịu dàng trong tình yêu. Hồ Quỳnh Hương nhận xét nhóm sở hữu hai giọng hát rất ổn định và rất "tình". Các giám khảo đều hi vọng ca khúc mới của Dolphins sẽ trở thành hit đầu tiên của nhóm trong tương lai.
Quyết định thoát khỏi hình ảnh chàng trai hát tình ca lãng mạn, Đặng Tuấn Phương mạnh dạn thử sức mình với dòng nhạc dân gian đương đại khi lựa chọn bản Mashup giữa hai ca khúc nổi tiếng của nhạc sĩ Phó Đức Phương - "Hồ trên núi - Chảy đi sông ơi". Giọng hát của anh kết hợp cùng tiếng sáo réo rắt của nghệ sĩ Hoàng Anh đã mang lại một tiết mục khó quên. Giám khảo Tùng Dương cảm nhận Tuấn Phương đã hát được ra chất riêng mà không bị lẫn với bất kì ai, còn giám khảo Thanh Lam thì khuyên anh nên phát huy dòng nhạc này nếu được đi tiếp vào các vòng sau.
Không hổ danh là một vũ công, Adam Lâm luôn có sự đầu tư vào phần vũ đạo trong các phần thi của mình. Chọn ca khúc "Chạy" của Phạm Toàn Thắng được phối lại theo phong cách Rock R&B, một lần nữa, Adam khiến người nghe cuốn theo giọng hát cùng những động tác đẹp mắt trên sân khấu. Ca sĩ Thanh Lam đánh giá Adam có tiến bộ nhiều hơn về phần thanh nhạc.
Nhận được lời khuyên rằng mình phù hợp với các ca khúc nhẹ nhàng hơn nên trong tuần này, Hoàng Thị Thanh Thảo khoe chất giọng cổ điển tuyệt vời qua một sáng tác của Lưu Thiên Hương đã từng được ca sĩ Uyên Linh thể hiện, "Người hát tình ca". Bài hát này cho thấy màu giọng sáng của Thanh Thảo và hỉnh ảnh lung linh của cô hôm nay khiến Tùng Dương và Dương Khắc Linh phải dành những lời có cánh cho Thanh Thảo.
Nhóm nhạc trai đẹp The Wings đang ngày càng chứng tỏ rằng mình không chỉ làm tốt những ca khúc tình cảm êm dịu mà các ca khúc có tiết tấu nhanh hơn cũng không làm khó được nhóm. Thể hiện bài hát "Shine Your Light", cả khán phòng bùng nổ theo bầu không khí sôi động mà 3 anh chàng này đem tới. Nhạc sĩ Dương Khắc Linh khen ngợi 3 chàng đẹp trai, vui tính mà còn lễ phép, yêu nghề đã có một bài hát phù hợp lứa tuổi và sẽ có nhiều khán giả hâm mộ hơn nếu tiếp tục theo đuổi hình tượng này.
Phát huy lợi thế giọng hát khỏe đến nỗi Diva Thanh Lam muốn nhường lại hit ở tuần trước, em út Trần Minh Như "liều lĩnh" chọn bài hát "Trên đỉnh Phù Vân" của nhạc sĩ Phó Đức Phương, đã từng được nhiều giọng ca nổi tiếng thể hiện như Mỹ Linh, Lệ Quyên, Hương Tràm,..và ngay cả giám khảo Tùng Dương, Hồ Quỳnh Hương cũng từng hát bài bài hát này. Bản phối mới lại theo phong cách World Music được Minh Như thể hiện đầy ma mị. Thanh Lam nhận xét Minh Như đã làm chủ được bài hát, còn Hồ Quỳnh Hương cảm ơn khán giả đã ưu ái tặng cho Minh Như biệt danh " Cô bé tài không đợi tuổi".
5 cô gái cá tính đến từ nhóm S Girls khuấy động bầu không khí trường quay khi thể hiện ca khúc sôi động "Get High" của nhạc sĩ Lưu Thiên Hương. S Girls đã chứng tỏ nhóm luôn luôn đáp ứng đầy đủ cả phần nghe lẫn phần nhìn. Đây tiếp tục là một cái kết đầy bùng nổ cho đêm diễn mà S Girls mang lại.
Kết thúc liveshow 3, 7 cái tên an toàn được đi tiếp trong tuần tới là Hoàng Phong, Dolphins, Minh Như, Tuấn Phương, Kiều Diễm, The Wings, S Girls. 4 tiết mục rơi vào vòng nguy hiểm bao gồm Adam, Thu Thủy, Thanh Thảo và F.O.E . Cái tên được ban giám khảo lựa chọn đi tiếp là Adam. Và với số phiếu bình chọn cao hơn, Thanh Thảo tiếp tục thoát khỏi vòng nguy hiểm. Như vậy, cùng với Thu Thủy, nhóm nhạc được rất nhiều người yêu thích F.O.E đành phải nói lời chia tay với "X-Factor Vietnam 2016".
F.O.E và Thu Thủy chia tay chương trình