2011年底加入TF家族，成为家族练习生[3] 。
2012年2月，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，和王俊凯一同翻唱《一个像夏天一个像秋天》，视频被范玮琪转载[4] ；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；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》；同年12月发行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，与王俊凯共同翻唱歌曲《到不了》；3月，王源和王俊凯做客《56红人馆》[5] 。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] 。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，王俊凯、王源版《洋葱》被台湾《中天新闻》报道[7] ；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》，由王俊凯、王源、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[8] 。11月8日，与王俊凯共同翻唱歌曲《董小姐》，在网络上首发；11月开始主持家族综艺《源文在哪》、《TF少年GO》。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3月，开始参演TF家族自制短剧《男生学院自习室》[9] 。5月2日，和易烊千玺一同参与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。[10] 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。[11] 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”[12] 。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[13] 。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》[14] 。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》[15-16] 。2014年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[17-18] 。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[19] 。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”[20] 。8月18日，TFBOYS组合新歌《青春修炼手册》MV上线，在MV中与王俊凯、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[21] ，该MV打破5项V榜吉尼斯，夺取内地音乐榜冠军宝座[22] 。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》[23] 。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[24] 。9月12日，TFBOYS组合发布新歌《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[25] 。9月13日，TFBOYS参演深圳卫视《年代秀》节目于当晚播出[26] 。
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