王俊凯于2010年底通过甄选进入TF家族，在TF家族练习生训练期间，于2011年9月以TF家族名义发行EP《我不要改变》。作为TF家族的主唱演唱了《我不要改变》、《我们曾在一起》、《时光机》，其中，《我们曾在一起》被酷狗音乐重点推荐。
2012年开始录制TF家族自制综艺节目《TF家族面对面》、《TF家族新闻播报》等TF家族自制综艺节目录制。2月，发布的翻唱作品《****》及《我要快乐》，其中《****》被搜狐、优酷等网站首页推荐。5月，参与辽宁卫视《天才童声》节目录制，7月，发布与王源合作翻唱作品《一个像夏天一个像秋天》，视频被范玮琪转载[4]；8月，与王源合唱家族原创作品《我们曾在一起》；9月，王俊凯发布卫生间自拍翻唱作品《我的歌声里》，官方首发版播放超过102万；10月，与王源参加安徽卫视《黄金年代》录制，现场演唱《我的歌声里》；12月发行第二张EP《青蛙也会变王子》，收录曲目《青蛙也会变王子》、《小情歌》、《人质》、《我的歌声里》等。
2013年2月，与王源共同翻唱歌曲《到不了》；3月，王俊凯和王源做客《56红人馆》[5]；4月1日，与王源共同翻唱歌曲《当爱已成往事》，以此纪念张国荣逝世十周年，这段视频在网络上不断被转发，于4月4日在优酷、56等视频网站点击量突破40万[6]。6月1日，于儿童节当天发布与王源及TFBand合作翻唱作品《洋葱》，视频被五月天阿信、刘若英转载，6月4日，王俊凯和王源版《洋葱》被台湾《中天新闻》播报。7月筹备出道，与王源、易烊千玺成中国内地青春励志组合，公司邀请曾担当李孝利专辑制作人的韩国音乐团队为组合量身打造歌曲，并在韩国完成了专辑歌曲的后期制作。
2013年8月6日，TF家族官方发布TFBOYS形象宣传片《十年》，由王俊凯、王源、易烊千玺三人组成的中国内地青春励志组合TFBOYS正式出道，王俊凯担任组合队长兼主唱[7]。10月4日，《Heart梦·出发》首唱会于重庆渝中区日月光中心举行。10月18日，正式发行出道EP《Heart梦·出发》，11月8日，与王源共同翻唱歌曲《董小姐》，在网络上首发；12月24日，与王源参加重庆日月光中心“异世界的圣诞节”商演，现场合唱《雪人2014年3月，王俊凯开始参演TF家族自制短剧《男生学院自习室》[8]。4月23日，新浪认证微博@TFBOYS-王俊凯粉丝数破百万；5月2日，TFBOYSEP《魔法城堡》签售活动于北京启动，王俊凯因临近中考未能出席[9]；5月20日，与王源、易烊千玺一起参加湖南卫视《快乐大本营》的录制，于5月31日播出[10]。6月15日，与王源、易烊千玺一起签约代言步步高家教机，成为步步高家教机“首席体验师”[11]。7月3日，与王源、易烊千玺一起为动画电影《洛克王国3：圣龙的守护》演唱影片主题曲《魔法城堡》[12]。7月3日，与王源、易烊千玺一起演唱青春电影《我就是我》的主题曲《想唱就唱》，作为电影第二弹主题曲[13]。7月9日，央视大型励志少年才智秀《少年中国强》发布会在北京举行，与王源、易烊千玺一起受邀成为该节目的推广大使，并献唱节目主题曲《HEART》[14]。7月23日，与王源、易烊千玺一起参与《少年中国强》第一期节目的录制，现场表演新歌《青春修炼手册》，于8月15日在央视一套播出[15-16]。8月1日，与王源、易烊千玺助阵ChinaJoy[17]。8月3日，TFBOYS组合于华联常营购物中心参加TFBOYS『幸福微笑』公益活动暨出道一周年粉丝答谢会[18]。8月5日，《热力赛车》新闻发布会在上海召开，与王源、易烊千玺一起受邀成为该游戏的代言人[19]。8月6日，为代言品牌“步步高家教机”拍摄的，以TFBOYS自身为蓝本的励志大碟MV《为梦想，时刻准备着》于凌晨首发[20]。8月10日，与王源、易烊千玺一同正式成为雅客品牌代言人，并担任“快乐使者”[21]。8月18日，TFBOYS组合的《青春修炼手册》MV上线，在MV中与王源、易烊千玺扮演三位转学生，与酷炫的超级英雄同学们一起上课、活动，该MV打破5项V榜吉尼斯，夺取中国内地音乐榜冠军[22]。8月26日，TFBOYS组合在重庆举办”步步高体验师之旅暨粉丝见面会“。8月27日，与王源、易烊千玺出席星影联盟发布会，现场表演《青春修炼手册》[23]。8月28日，与王源、易烊千玺参加深圳卫视《年代秀》的录制，于9月13日播出[24]。9月1日，2014年《开学第一课》在央视一套综合频道开播，TFBOYS组合演唱主题曲《开学第一课》。9月8日，TFBOYS组合参与“苏州月·中华情——2014中央电视台中秋晚会”直播节目，表演新版编舞的《青春修炼手册》[25]；并在早期参与湖南卫视中秋晚会的录制，表演原版编舞的《青春修炼手册》[26]。9月12日，TFBOYS组合发布新歌《幸运符号》。9月13日，爱奇艺出品，为TFBOYS量身打造的全国首档偶像全纪录节目《TFBOYS偶像手记》，每周六、日晚20:00在爱奇艺、PPS全网首播[27]。9月13日，TFBOYS参演深圳卫视《年代秀》节目于当晚播出[28]。9月24日，TFBOYS组合专辑单曲《幸运符号》MV首发，该MV讲述的是积木世界不快乐的积木人是如何在TFBOYS的感染下，拿到幸运符号而重新开始微笑的故事[29]。10月17日，芒果V基金举办的大型公益活动“圆梦计划”在北京正式启动，TFBOYS组合担任此次公益活动的“圆梦大使”[30]；当晚08:00，TF家族《TF少年GO！》第二季于腾讯视频全网首播[31]。10月27日，TFBOYS组合发布新歌《信仰之名》[32]。11月25日，TFBOYS参加“2015腾讯视频V视界”大会并登台表演。11月26日助阵《梦想星搭档》，成为本季第二位公益加油大使。12月6日，TFBOYS组合在爱奇艺尖叫之夜荣获“最受欢迎组合”与“年度金曲”两大奖项，并登台表演[33]。12月10日，与王源、易烊千玺一起参与《天天向上》节目录制。12月17日，TFBOYS组合受邀参与央视节目《过年七天乐》的录制。12月31日，TFBOYS参与了江苏卫视跨年演唱会的录制节目《过年七天乐》的录制。12月31日，TFBOYS参与了江苏卫视跨年演唱会的录制[34]。
2015年，新年伊始，TFBOYS组合参与中央电视台“心连心”艺术团赴古田镇进行慰问演出，节目于1月10日晚19:30，在中央电视台综艺频道播出[35]。“微博之夜”于1月15日在京举行，TFBOYS组合荣获“微博年度公益贡献奖”[36]。1月19日，蒙牛集团蒙牛酸酸乳正式公布TFBOYS组合做为代言人[37]。2月8日，TFBOYS组合录制北京卫视《北京电视台春节联欢晚会》[38]。2月11日农历小年，TFBOYS组合登湖南卫视“在一起喜洋洋”小年夜，演唱《快乐环岛》[39]。2月14日情人节，湖南卫视密室闯关节目《疯狂的麦咭》第二季，TFBOYS与李维嘉、E哥共同变身“守护天使”，为萌娃闯关赢取石像[40]。2月19日大年初一，北京卫视播出《北京电视台春节联欢晚会》，带来《幸运符号》。2月23日，CCTV-3播出《CCTV过年七天乐》。2月28日，在深圳参加步步高家教机举办的《步步高家教机超级公开课》，圆粉丝“和TFBOYS做同学”的梦想，还以“步步高家教机首席体验师”的身份，前往步步高总公司参观体验，并亲手制作步步高家教机[41]。3月6日，《TF少年GO》第三季回归，腾讯视频独家首播，3月7日20时—21时，在腾讯视频与网友弹幕互动一小时，发弹幕61条，引发232万次互动，创历史记录[42]。3月20日，组合发布新单曲《宠爱》[43]。3月22日，录制《快乐大本营》。3月25日，出席《2015QQ音乐年度盛典》，荣获华语最受欢迎组合和新势力组合两项大奖，现场表演《青春修炼手册》，首秀新舞蹈[44]。3月30日，《梦幻西游2》动画片宣布正式牵手TFBOYS组合，为动画片献唱主题曲，方文山作词[45]；当日晚，第22届东方风云榜音乐盛典在上海奔驰文化中心落幕，TFBOYS组合囊括最佳组合和年度风云组合两项大奖，现场首唱新单曲《宠爱》[46]。4月10日，TFBOYS携抒情励志单曲《样（YOUNG）》回归[47]。4月11日，第三届音悦V榜年度盛典在北京万事达中心举行，TFBOYS将“内地最具人气歌手”、“内地年度风向艺人”和“音悦直播人气歌手”三个大奖收入囊中[48]。4月13日，2015音乐风云榜年度盛典深圳湾体育中心举行，首度以代言人身份出席盛典的TFBOYS拿下“年度最受欢迎内地组合奖”，并凭借《青春修炼手册》获“年度最受欢迎歌曲”大奖[49]。4月14日，《梦幻西游2》动画片主题曲《恋西游》正式发布[50]。4月17日，由张艺谋执导，马特·达蒙、刘德华等中美明星出演的魔幻题材电影《长城》已经于3月底开拍，TFBOYS成员王俊凯饰演皇帝[2]。4月24日，《样YOUNG》MV全网发布[51]。5月28日，TFBOYS组合参与录制中央电视台“欢乐的节日”六一晚会[52]。6月12日，与王源合作发布翻唱歌曲《明天你好》。
