2012年3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。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》。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1月，王源开始主持《TF家族新闻发布会》和代班主持《TF家族新闻播报》。2013年2月，王源与王俊凯共同翻唱歌曲《到不了》。2月23日，王源主持的脱口秀节目《源来这样讲》在TF家族自制综艺中播出。3月，与王俊凯做客《56红人馆》。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。
5月17日，与王俊凯合唱的原创歌曲《街舞少年》发布。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。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。10月4日，TFBOYS《Heart梦·出发》首唱会于重庆渝中区日月光中心举行。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。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》。