2012年2月，王源开始《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。7月15
日，与王俊凯一同翻唱《一个像夏天一个像秋天》，视频被范玮琪转载[10]。8月23日，与王俊凯合唱的家族原创歌曲《我们曾在一起》发布。9月，王源在地下通道里翻唱的《旋木》被优酷网首页推荐[11]。10月，与王俊凯参加安徽卫视《黄金年代》录制，现场演唱《我的歌声里》。12月王源与王俊凯发行EP《青蛙也会变王子》，收录曲目《青蛙也会变王子》、《人质》、《小情歌》、《我的歌声里》。
2013年2月，王源与王俊凯共同翻唱歌曲《到不了》。3月，与王俊凯做客《56红人馆》[12]。4月1日，与王俊凯共同翻唱歌曲《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[1]。6月1日，于儿童节当天发布与王俊凯及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，王源、王俊凯版《洋葱》被台湾《中天新闻》报道[14]。7月筹备出道，与王俊凯、易烊千玺组成偶像组合，公司邀请曾担当李孝利专辑制作人的韩国知名音乐团队为新组合量身打造歌曲，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》，由王源、王俊凯、易烊千玺三人组成的内地青春励志组合TFBOYS正式出道，王源担任主唱[15]。10月18日，TFBOYS正式发行出道EP《Heart梦·出发》，专辑中收录了《Heart》、《爱出发》、《梦想起航》三首歌曲[16]。11月8日，与王俊凯共同翻唱歌曲《董小姐》，在网络上首发。11月，王源开始作为主持人主持家族综艺《TF少年GO》，该节目包含《源文在哪》、《源来这样讲》、游戏环节和live秀模块[17]。12月24日，与王俊凯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2月14日，王源参演TF家族自制短剧《男生学院自习室》播出[18]，饰演马思远。3月13日，TFBOYS发行单曲《魔法城堡》[16]。4月15日，第二届音悦V榜年度盛典在北京举行，TFBOYS获得中国内地最具人气歌手奖和音悦直播人气歌手奖[7]，这也是TFBOYS首次亮相中国国内颁奖典礼。5月2日，与易烊千玺一同参与EP《魔法城堡》在北京的首签活动。5月2日，与易烊千玺一起接受《中国娱乐报道》专访，并于同日应邀担任《土豆最音乐》嘉宾主持。[19]5月20日，与王俊凯、易烊千玺一起参加湖南卫视《快乐大本营》的录制。[20]6月15日，与王俊凯、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”[21]。7月3日，与王俊凯、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[22]。7月3日，与王俊凯、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》[23]。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，与王俊凯、易烊千玺一起被邀成为该节目的特别代言人，并献唱节目主题曲《HEART》[24-25]。8月5日，《热力赛车》新闻发布会在上海召开，与王俊凯、易烊千玺一起被邀成为该竞速类游戏的代言人，并献唱演唱《热力赛车》游戏主题曲[26-27]。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》于凌晨全球首发[28]。8月10日，与王俊凯、易烊千玺一同正式成为雅客新任品牌代言人，将担任“快乐使者”[29]。8月18日，TFBOYS新歌《青春修炼手册》MV上线，在MV中王源与王俊凯、易烊千玺一起扮演三位转学生，与酷炫的超级英雄同学们一起上课、活动[30]，该MV打破5项V榜吉尼斯，夺取内地音乐榜冠军宝座[31]。9月1日，CCTV1准点开讲《开学第一课》，与王俊凯、易烊千玺一起受邀担当表演嘉宾，并在开场演唱主题曲《开学第一课》[32]。9月8日，与王俊凯、易烊千玺一起不仅在央视中秋晚会直播现场登台表演，而且提前录播亮相湖南卫视中秋晚会上[33]。9月12日，TFBOYS发布《幸运符号》[2]。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[34]。9月13日，TFBOYS参演深圳卫视《年代秀》节目于当晚播出[35]。9月24日，TFBOYS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[36]。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担任此次公益活动的“圆梦大使”[37]；当晚08:00，TF家族《TF少年GO》第二季于腾讯视频全网首播[38]。11月25日，TFBOYS参加“2015腾讯视频V视界”大会并登台表演[39]。11月26日TFBOYS助阵《梦想星搭档》，成为本季第二位公益加油大使[40]。12月6日，TFBOYS在爱奇艺尖叫之夜荣获两奖项，并登台表演[8]。12月10日，与王俊凯，易烊千玺一起参与《天天向上》节目的录制。12月17日，TFBOYS受邀参与央视节目《过年七天乐》的录制[41]。12月31日，TFBOYS参与了江苏卫视跨年演唱会的录制。
2015年，新年伊始，TFBOYS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[42]。“微博之夜”于1月15日在京举行，TFBOYS荣获“微博年度公益贡献奖”[43]。1月19日，蒙牛集团蒙牛酸酸乳正式公布TFBOYS做为代言人[44]。2月8日，TFBOYS录制北京卫视《北京电视台春节联欢晚会》[45]。2月11日农历小年，TFBOYS登湖南卫视“在一起喜洋洋”小年夜，演唱《快乐环岛》[46]。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[47]。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[48]。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，TFBOYS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[49]。3月20日，TFBOYS发布新单曲《宠爱》[3]。3月22日，与王俊凯，易烊千玺一起参与快乐大本营的录制。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[50]。3月30日，《梦幻西游2》动画片宣布正式牵手TFBOYS，为动画片献唱主题曲，方文山作词[51]；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》[52]。4月10日，TFBOYS携抒情励志单曲《样（YOUNG）》回归[53]。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[54]。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[55]。4月14日，《梦幻西游2》动画片主题曲《恋西游》正式发布[56]。4月24日，《样YOUNG》MV全网发布[57]。4月24日，由TFBOYS代言的芬达广告正式上线[58]。4月29日，郭敬明通过新浪微博，公开《爵迹》第二位主演是TFBOYS组合王源[5]。5月28日，TFBOYS录制中央电视台“欢乐的节日”六一晚会[59]。6月1日，中国少年先锋队队歌《我们是共产主义接班人》新版MV发布，由TFBOYS和韩庚合唱[60]。7月21日，TFBOYS台湾行录制《康熙来了》和《娱乐百分百》。8月2日，TFBOYS探班录制《偶像来了》[61]。8月14日，TFBOYS作为形象大使于今日上午参加了共青团中央发起的“阳光跟帖”活动启动仪式，倡导阳光跟帖，理性发言，共创网络文明环境[62]。8月15日，TFBOYS在北京万事达中心举行出道两周年见面会TFBOYSFans‘Time，创腾讯视频LiveMusic在线演唱会5大行业记录[63]，并在会后，宣布向天津爆炸遇难同胞捐三十万元，同时部分门票收入也将捐出用于随后在北京举办的让抗战老兵“重沐荣光”活动[64]。8月17日，TFBOYS新单曲《大梦想家》正式发布[65]。8月18日，TFBOYS录制央视大型励志挑战节目《挑战不可能》担任挑战大使[66]。8月25日，新浪认证微博@TFBOYS-王源粉丝数破千万，成为首位粉丝破千万00后博主[67]。8月28日，周杰伦为TFBOYS量身打造的新单曲《剩下的盛夏》首发[68]。9月16日，TFBOYS献唱”MusicRadio我要上学”公益项目的主题曲《Lovewithyou》今日首播[69]。9月21日，TFBOYS录制湖南卫视中秋晚会[70]。9月24日，王源加盟《诛仙》改编的电视剧《诛仙青云志》，出演男主人公少年时期的张小凡[71]。9月27日，TFBOYS录制央视中秋晚会[70]。9月30日，TFBOYS携新歌《少年说》献礼伟大祖国[72]。10月4日，TFBOYS在杭州参加步步高家教机举办的《步步高家教机超级公开课》[73]。
