2012年開始錄製tf家族自製綜藝節目《tf家族麵對麵》、《tf家族新聞播報》等tf家族自製綜藝節目錄製。2月，發布的翻唱作品《****》及《我要快樂》，其中《****》被搜狐、優酷等網站首頁推薦。5月，參與遼寧衛視《天才童聲》節目錄製，7月，發布與王源合作翻唱作品《一個像夏天一個像秋天》，視頻被範瑋琪轉載；8月，與王源合唱家族原創作品《我們曾在一起》；9月，王俊凱發布衛生間自拍翻唱作品《我的歌聲裏》，官方首發版播放超過102，引發轟動；10月，與王源參加安徽衛視《黃金年代》錄製，現場演唱《我的歌聲裏》；12月發行第二張ep《青蛙也會變王子》，收錄曲目《青蛙也會變王子》、《小情歌》、《人質》、《我的歌聲裏》等。
2013年2月與王源共同翻唱歌曲《到不了》；3月，王俊凱和王源做客《56紅人館》[1]；4月1日，與王源共同翻唱歌曲《當愛已成往事》，以此紀念張國榮逝世十周年，這段視頻在網絡上不斷被轉發，於4月4日在優酷、56等視頻網站點擊量突破40萬[2]。6月1日，於兒童節當天發布與王源及tfband合作翻唱作品《洋蔥》，視頻被五月天阿信、劉若英轉載，6月4日，王俊凱和王源版《洋蔥》被台灣《中天新聞》播報[3]。7月籌備出道，與王源、易烊千璽成中國內地青春勵誌組合，公司邀請曾擔當李孝利專輯製作人的韓國音樂團隊為組合量身打造歌曲，並在韓國完成了專輯歌曲的後期製作。
2013年8月6日tf家族官方發布tfboys形象宣傳片《十年》，由王俊凱、王源、易烊千璽三人組成的中國內地青春勵誌組合tfboys正式出道，王俊凱擔任組合隊長兼主唱、門麵擔當[4]。10月4日，《heart夢·出發》首唱會
王俊凱於重慶渝中區日月光中心舉行。10月18日，正式發行出道ep《heart夢·出發》，11月8日，與王源共同翻唱歌曲《董小姐》，在網絡上首發；12月24日，與王源參加重慶日月光中心“異世界的聖誕節”商演，現場合唱《雪人》。
2014年3月王俊凱開始參演tf家族自製短劇《男生學院自習室》。4月23日，新浪認證微博@tfboys-王俊凱粉絲數破百萬；5月2日，tfboysep《魔法城堡》簽售活動於北京啟動，王俊凱因臨近中考未能出席[5]；5月20日，與王源、易烊千璽一起參加湖南衛視《快樂大本營》的錄製，於5月31日播出[6]。6月15日，與王源、易烊千璽一起簽約代言步步高家教機，成為步步高家教機“首席體驗師”[7]。7月3日，與王源、易烊千璽一起為動畫電影《洛克王國3：聖龍的守護》演唱影片主題曲《魔法城堡》[8]。7月3日，與王源、易烊千璽一起演唱青春電影《我就是我》的主題曲《想唱就唱》，作為電影第二彈主題曲[9]。7月9日，央視大型勵誌少年才智秀《少年中國強》發布會在北京舉行，與王源、易烊千璽一起受邀成為該節目的推廣大使，並獻唱節目主題曲《heart》。7月23日，與王源、易烊千璽一起參與《少年中國強》第一期節目的錄製，現場表演新歌《青春修煉手冊》，於8月15日在央視一套播出[10][11]。8月1日，與王源、易烊千璽助陣chinajoy，獻出精彩演出[12]。8月3日，tfboys組合於華聯常營購物中心參加tfboys『幸福微笑』公益活動暨出道一周年粉絲答謝會[13]。8月5日，《熱力賽車》新聞發布會在上海召開，與王源、易烊千璽一起受邀成為該遊戲的代言人[14]。8月6日，為代言品牌“步步高家教機”拍攝的，以tfboys自身為藍本的勵誌大碟mv《為夢想，時刻準備著》於淩晨首發[15]。8月10日，與王源、易烊千璽一同正式成為雅客品牌代言人，並擔任“快樂使者”[16]。8月18日，tfboys組合的《青春修煉手冊》mv上線，在mv中與王源、易烊千璽扮演三位轉學生，與酷炫的超級英雄同學們一起上課、活動，該mv打破5項v榜吉尼斯，奪取中國內地音樂榜冠軍[17]。8月26日，tfboys組合在重慶舉辦”步步高體驗師之旅暨粉絲見麵會“[18]。8月27日，與王源、易烊千璽出席星影聯盟發布會，現場表演《青春修煉手冊》。8月28日，與王源、易烊千璽參加深圳衛視《年代秀》的錄製，於9月13日播出[19]。9月1日，2014年《開學第一課》在央視一套綜合頻道開播，tfboys組合演唱主題曲《開學第一課》。9月8日，tfboys組合參與“蘇州月·中華情——2014中央電視台中秋晚會”直播節目，表演新版編舞的《青春修煉手冊》[20]；並在早期參與湖南衛視中秋晚會的錄製，表演原版編舞的《青春修煉手冊》。9月12日，tfboys組合發布新歌《幸運符號》[21]。9月13日，愛奇藝出品，為tfboys量身打造的全國首檔偶像全紀錄節目《tfboys偶像手記》，每周六、日晚20：00在愛奇藝、pps全網首播[22]。9月13日，tfboys參演深圳衛視《年代秀》節目於當晚播出[23][24]。9月24日，tfboys組合專輯單曲《幸運符號》mv首發。10月17日，芒果v基金舉辦的大型公益活動“圓夢計劃”在北京正式啟動，tfboys組合擔任此次公益活動的“圓夢大使”[25]；當晚08：00，tf家族《tf少年go！》第二季於騰訊視頻全網首播[26]。10月27日，tfboys組合發布新歌《信仰之名》[27]。11月25日，tfboys參加“2015騰訊視頻v視界”大會並登台表演。11月26日助陣《夢想星搭檔》，成為本季第