2011年底，王源加入TF家族，成為家族練習生 ?。

　　2012年3月，王源開始《TF家族面對面》、《TF家族新聞播報》等TF家族自制綜藝節目錄制。7月15日，與王俊凱翻唱《一個像夏天一個像秋天》，至9月網絡總視頻點擊超過500萬次，且被范瑋琪轉發 ?。8月23日，與王俊凱合唱家族原創歌曲《我們曾在一起》發布。9月，王源在地下通道翻唱的《旋木》被優酷網首頁推薦 ?。10月，與王俊凱錄制安徽衛視《黃金年代》。11月，與王俊凱發行EP《青蛙也會變王子》。

　　2013年1月，王源開始主持《TF家族新聞發布會》和代班主持《TF家族新聞播報》。2月，與王俊凱翻唱《到不了》。2月23日，王源主持的脫口秀節目《源來這樣講》在TF家族自制綜藝中播出。3月，與王俊凱做客《56紅人館》 ?。4月1日，與王俊凱翻唱《當愛已成往事》，以此紀念張國榮逝世十周年，視頻于4月4日在優酷、56等視頻網站點擊量突破40萬 ?。5月17日，與王俊凱合唱原創歌曲《街舞少年》發布 ?。5月31日，與王俊凱及TFBand合作翻唱《洋蔥》，視頻被五月天阿信、劉若英轉載。6月4日，王源、王俊凱版《洋蔥》被臺灣《中天新聞》報道 ?。7月籌備出道，與王俊凱、易烊千璽組成組合。

　　2013年8月6日，由王源、王俊凱、易烊千璽三人組成的內地青春勵志組合TFBOYS正式出道 ?。10月4日，TFBOYS《Heart夢·出發》首唱會于重慶渝中區日月光中心舉行 ?。11月8日，與王俊凱翻唱《董小姐》網絡首發。11月，王源開始主持家族綜藝《TF少年GO》，節目包含《源文在哪》、《源來這樣講》、游戲環節和live秀模塊 ?。

　　2014年2月14日，王源主演TF家族自制網絡劇《男生學院自習室》播出，飾演馬思遠 ?。5月2日，與易烊千璽參與EP《魔法城堡》首簽活動，接受《中國娛樂報道》專訪，并應邀擔任《土豆最音樂》嘉賓主持 ?。5月20日，與組合成員錄制湖南衛視《快樂大本營》，王源小秀主持 ?。6月27日，王源兩年前翻唱的未發布版《天使的翅膀》發布，視頻被原唱安琥轉發。7月4日，與組合成員獻唱電影《我就是我》第二彈主題曲《想唱就唱》 ?，并獻唱動畫電影《洛克王國3：圣龍的守護》主題曲《魔法城堡》 ?。7月23日，與組合成員作為中央電視臺勵志少年才智秀《少年中國強》的推廣大使錄制節目并演唱宣傳主題曲《青春修煉手冊》 ?。8月21日，與組合成員錄制中央電視臺公益節目《開學第一課》演唱主題曲《開學第一課》 ?。8月26日，王源代班主持《我愛大牌》 ?。9月8日，與組合成員不僅在中央電視臺中秋晚會直播現場登臺表演，而且提前錄播亮相湖南衛視中秋晚會上 ?。9月13日，愛奇藝出品為TFBOYS量身打造的中國首檔偶像全紀錄節目《TFBOYS偶像手記》全網播出，王源在節目中有擔當主持 ?。12月31日，與組合成員錄制江蘇衛視新年演唱會。

　　2015年1月1日，與組合成員參與中央電視臺“心連心”藝術團赴古田鎮慰問演出 ?。2月8日，與組合成員錄制北京電視臺春節聯歡晚會 ?。2月11日，與組合成員登CCTV網絡春晚 ?。2月12日，與組合成員登湖南衛視小年夜春節聯歡晚會 ?。3月6日，王源在《TF少年GO》第三季首播中自彈自唱《殘酷月光》首次正式展顯鋼琴才藝 ?，其相關微博被評定為2015微博年度十大熱圖 ?。4月29日，郭敬明通過新浪微博公布同名小說改編3D玄幻電影《爵跡》第二位主演是王源 ?。5月25日，王源參加重慶市第七屆中小學藝術節聲樂合唱比賽得一等獎 ?。5月28日，與組合成員錄制中央電視臺六一晚會 ?。8月15日，TFBOYS出道兩周年見面會于北京萬事達中心舉行。8月25日，新浪認證微博@TFBOYS-王源 粉絲數破千萬，成為首位粉絲破千萬00后博主 ?。9月21日，與組合成員錄制湖南衛視中秋晚會 ?。9月24日，王源加盟《誅仙》改編電視劇《青云志》，出演男主人公張小凡的少年時期 ?。9月27日，與組合成員登中央電視臺中秋晚會 ?。10月22日，湖南衛視實境戶外游戲綜藝節目《全員加速中》公布加盟 ?。11月8日，王源在他15歲生日會上帶來首支舞蹈solo，鋼琴彈唱14歲時完成的首支自己作詞作曲的單曲《因為遇見你》，并成為中國首位登上美國紐約時代廣場的00后藝人 ?。12月31日，與組合成員參與湖南衛視跨年演唱會，王源現場鋼琴彈唱 ?。

　　2016年1月13日，王源首支個人作詞作曲單曲《因為遇見你》發布，微博首發一天播放量達770萬 ?，26天播放量突破3億，并連續打破多項紀錄 ?。2月7日，與組合成員登中央電視臺春節聯歡晚會表演節目《幸福成長》 ?。2月22日，與組合成員參加湖南衛視元宵喜樂會 ?。3月21日，王源拍攝《時尚·COSMOPOLITAN》6月主刊封面，成為首位登上時尚雜志五大刊封面的00后藝人 ?，擁有網絡專屬個人封面，個人銷量48秒71319冊創造行業紀錄 ?。3月22日，錄制《王牌對王牌》斗舞小秀舞技 ?。4月19日，入職360公司出任360手機助手首席創意官 ?。5月18日，王源出席由重慶市委宣傳部、市文明辦、市旅游局、南岸區委、南岸區人民政府共同主辦的“文明出游 人人有禮”主題活動啟動儀式，現場受聘出任“重慶市文明旅游公益大使” ?。