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。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2月14日，王源参演TF家族自制短剧《男生学院自习室》播出，饰演马思远。8月26日，王源代班主持《我爱大牌》。

7月3日，与王俊凯、易烊千玺一起献唱电影《我就是我》第二弹主题曲《想唱就唱》；同日，与王俊凯、易烊千玺一起献唱动画电影《洛克王国3：圣龙的守护》主题曲《魔法城堡》。9月1日，与王俊凯、易烊千玺一起为中央电视台公益节目《开学第一课》演唱主题曲《开学第一课》。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。9月13日，爱奇艺出品，为TFBOYS量身打造的中国首档偶像全纪录节目《TFBOYS偶像手记》全网播出，王源在节目中有担当主持。12月31日，与王俊凯、易烊千玺一起参与江苏卫视跨年演唱会录制。 

2015年1月1日，与王俊凯、易烊千玺一起参与中央电视台心连心艺术团赴古田镇慰问演出。2月8日，与王俊凯、易烊千玺一起录制北京电视台春节联欢晚会。2月11日农历小年，与王俊凯、易烊千玺一起登湖南卫视在一起喜洋洋小年夜。3月6日，《TF少年GO》第三季腾讯视频独家首播，王源在节目中自弹自唱首次正式地展显了钢琴才艺。

4月29日，郭敬明通过新浪微博，公开电影《爵迹》第二位主演是王源。5月28日，与王俊凯、易烊千玺一起录制中央电视台欢乐的节日六一晚会。8月15日，TFBOYS在北京万事达中心举行出道两周年见面会。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。9月21日，与王俊凯、易烊千玺一起录制湖南卫视中秋晚会。

9月24日，王源加盟《诛仙》改编的电视剧《青云志》，出演男主人公张小凡的少年时期。9月27日，与王俊凯、易烊千玺一起录制央视中秋晚会。10月22日，湖南卫视实境户外游戏综艺节目《全员加速中》公布TFBOYS加盟。11月8日，王源在他15岁生日会上带来他的首支舞蹈solo，钢琴弹唱14岁时完成的首支自己作词作曲的单曲《因为遇见你》，并登上美国纽约时代广场。12月4日，TFBOYS正式成为360手机助手品牌代言人。12月31日，与王俊凯、易烊千玺一起参与湖南卫视跨年演唱会，王源有钢琴弹唱。