2013年2月，發布與王源合作翻唱作品《到不了》。同年3月，王俊凱和王源做客《56紅人館》。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。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、王源版《洋蔥》被台灣《中天新聞》播報。7月籌備出道，與王源、易烊千璽組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。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。12月24日，王俊凱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月15日，與王俊凱、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》。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。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。8月5日，《熱力賽車》新聞發布會在上海召開，與王源、易烊千璽一起被邀成為該遊戲的代言人。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》於淩晨全球首發。8月28日，與王源、易烊千璽參加深圳衛視《年代秀》的錄製。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》；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》。