2015年6月，素人养成励志节目《燃烧吧少年》通过重庆工商大学老师给予的联系方式找到肖战，邀请他参加；肖战觉得可以尝试，于是参加训练营成为练习生；经过节目组不断淘汰，肖战以16名选手之一的身份录制了《燃烧吧少年》节目
；该节目于2015年11月21日在浙江卫视播出
。12月31日，肖战登上浙江卫视“奔跑吧2016”跨年演唱会，与队友串烧表演林俊杰歌曲《冻结》并演唱节目主题曲《Be a Man》；这是肖战首次公开亮相舞台
。
2016年2月6日，《燃烧吧少年》最后一期总决赛播出，肖战与队友最终以总分476分惜败于李宇春战队
。3月，肖战入围第十六届音乐风云榜年度盛典最受欢迎新偶像候选名单。9月24日，随X玖少年团推出同名数字专辑《X玖》
。9月28日，在X玖少年团出道发布会上，肖战以主唱担当的身份正式出道
。9月29日，主演的校园星座超能力网络剧《超星星学园》在腾讯上线，在剧中饰演男主角方天择，拥有着双子座分身的超能力
；此外，该剧是肖战个人首部影视作品，并凭方天择一角获得“腾讯视频星光大赏年度新锐电视剧男演员奖”提名。11月16日，穿越言情剧《相爱穿梭千年2：月光下的交换》在湖南卫视播出，在剧中肖战友情客串，饰演经营代代相传的摄影店的梁老板
。12月31日，在江苏卫视“17聚幸福”跨年演唱会上表演组合歌曲《B.O.Y.S》
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2017年，参演根据天蚕土豆同名小说改编的古装励志玄幻剧《斗破苍穹》，并在剧中饰演林修崖，是一名魔兽山脉佣兵团后人；该剧于2018年9月3日在湖南卫视青春进行时播出
。2月18日，随X玖少年团录制的嘉宾访谈游戏综艺节目《快乐大本营》在湖南卫视播出
。4月2日，随组合在上海举行以“以己之名”为主题的演唱会
。随后，与王大陆、李沁和辛芷蕾等合作，在古装爱情传奇剧《
狼殿下》中饰演浪迹天涯的赏金猎人疾冲，同时还是晋国的王世子
。12月31日，再度加盟江苏卫视“2018让幸福照亮你”跨年演唱会，串烧表演《乱世巨星》和《We Want What We Want》
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2018年1月，随组合发布第二张专辑《Keep Online》
。2月16日，参演的东方魔幻冒险喜剧片《捉妖记2》在中国内地上映，在片中饰演了永宁村少妖团成员之一，并随组合演唱片中表演歌曲《逍遥最好》
。4月25日，参演的古装穿越言情网络剧《哦！我的皇帝陛下》在腾讯视频上线，肖战凭借清眸拓墨、出尘绝世的王爷北堂墨染崭露头角
。6月9日，以学长身份参与录制的女团竞演综艺节目《创造101》在腾讯视频播出，肖战首次在舞台挑战rap
。10月4日，随组合举行“Keep Online”巡回演唱会杭州首站
。10月5日，推出个人生日单曲《满足》。10月9日，在由中国青年报、中青在线联合酷我音乐联合出品的青年阅读分享类音频节目《榜样阅读》中朗读周国平先生的文章《自己的园地》
。11月28日，在COSMO时尚美丽盛典上，获得了年度青春美丽偶像奖
。12月18日，肖战获得腾讯视频星光盛典“DOKI年度人气王”奖
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2019年，主演古装玄幻剧《
斗罗大陆》，并在剧中饰演向往武学之道且拥有罕见天赋，最终凭着自己的恒心和实力克服重重困难的唐三
。6月27日，领衔主演的古装仙侠剧《
陈情令》在腾讯视频播出，肖战在剧中饰演潇洒恣意，立志锄奸扶弱，却因种种遭遇炼成诡道术法，依然初心不变的夷陵老祖，而肖战也凭借该角色赢得广泛关注，并获得第三届中国银川互联网电影节网络剧单元最佳男演员奖和第六届“中国电视好演员” 优秀演员荣誉
。8月，在都市情感剧《
余生，请多指教》中饰演外科主刀医生顾魏
。9月13日，主演的古装仙侠片《诛仙I》在全国上映，肖战在片中饰演机缘巧合之下获得法器烧火棍，从而卷入正邪两道之间隐秘斗争的平凡少年张小凡；同时，肖战还为该片演唱主题曲《问少年》；该片上映首日票房便突破1亿人民币，总票房则超过4亿人民币
。9月底，肖战除了成立个人工作室
，其参与录制的献礼音乐影像作品《
我和我的祖国》在全网上线
。10月4日，肖战演唱的献礼歌曲《我的中国心》发布
，而他在中央电视台音乐频道国庆特别节目《我爱你中国》也演唱了该歌曲
。11月17日，参与录制的音乐竞演综艺《中国梦之声·我们的歌》在东方卫视播出，在节目中肖战与那英合作挑战不同类型的歌曲，并最终获得“优声拍档”荣誉
。11月26日，出演的古装科幻权谋剧《庆余年》开播，肖战在剧中饰演庆国派往北齐舍生潜伏的间谍言冰云；而该剧片尾曲《余年》也由他演唱
。同年，肖战还入选了福布斯中国30位30岁以下精英榜
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2020年1月24日，参与录制的明星推理综艺节目《明星大侦探第五季》在芒果TV播出；同一天，肖战首次登上中央广播电视总台春节联欢晚会，还首次挑战小品，与谢娜、鞠婧祎、杨迪、刘维、蒋诗萌合作表演小品《喜欢你，喜欢我》
。1月25日，肖战担任北京电视台春节联欢晚会代言人，并在晚会上演唱歌曲《沧海一声笑》，还和靳东合唱歌曲《壮志在我胸》
。1月26日，参与录制的文化音乐节目《经典咏流传第三季》在中央电视台综合频道播出，在节目中肖战与那英演唱节目主题曲《千年一声唱》，并演唱根据郑板桥同名诗词与现代流行音乐相融合的歌曲《竹石》，带领观众领略诗词之美、发现传统文化深层价值
。2月8日，在东方卫视元宵节目特别节目中与《我们的歌》节目嘉宾以VCR形式朗诵诗歌《因为有信念》致敬抗疫一线，为武汉加油
。4月13日，肖战所重新演绎的歌曲《红梅赞》上线，该歌曲收录于《美丽中国》音乐专辑特别篇
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