2015年6月，素人養成勵志節目《燃燒吧少年》通過重慶工商大學老師給予的聯系方式找到肖戰，邀請他參加；肖戰覺得可以嘗試，于是參加訓練營成為練習生；經過節目組不斷淘汰，肖戰以16名選手之一的身份錄制了《燃燒吧少年》節目
；該節目于2015年11月21日在浙江衛視播出
。12月31日，肖戰登上浙江衛視“奔跑吧2016”跨年演唱會，與隊友串燒表演林俊杰歌曲《凍結》并演唱節目主題曲《Be a Man》；這是肖戰首次公開亮相舞臺
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2016年2月6日，《燃燒吧少年》最后一期總決賽播出，肖戰與隊友最終以總分476分惜敗于李宇春戰隊
。3月，肖戰入圍第十六屆音樂風云榜年度盛典最受歡迎新偶像候選名單。9月24日，隨X玖少年團推出同名數字專輯《X玖》
。9月28日，在X玖少年團出道發布會上，肖戰以主唱擔當的身份正式出道
。9月29日，主演的校園星座超能力網絡劇《超星星學園》在騰訊上線，在劇中飾演男主角方天擇，擁有著雙子座分身的超能力
；此外，該劇是肖戰個人首部影視作品，并憑方天擇一角獲得“騰訊視頻星光大賞年度新銳電視劇男演員獎”提名。11月16日，穿越言情劇《相愛穿梭千年2：月光下的交換》在湖南衛視播出，在劇中肖戰友情客串，飾演經營代代相傳的攝影店的梁老板
。12月31日，在江蘇衛視“17聚幸?！笨缒暄莩獣媳硌萁M合歌曲《B.O.Y.S》
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2017年，參演根據天蠶土豆同名小說改編的古裝勵志玄幻劇《斗破蒼穹》，并在劇中飾演林修崖，是一名魔獸山脈傭兵團后人；該劇于2018年9月3日在湖南衛視青春進行時播出
。2月18日，隨X玖少年團錄制的嘉賓訪談游戲綜藝節目《快樂大本營》在湖南衛視播出
。4月2日，隨組合在上海舉行以“以己之名”為主題的演唱會
。隨后，與王大陸、李沁和辛芷蕾等合作，在古裝愛情傳奇劇《狼殿下》中飾演浪跡天涯的賞金獵人疾沖，同時還是晉國的王世子
。12月31日，再度加盟江蘇衛視“2018讓幸福照亮你”跨年演唱會，串燒表演《亂世巨星》和《We Want What We Want》
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2018年1月，隨組合發布第二張專輯《Keep Online》
。2月16日，參演的東方魔幻冒險喜劇片《捉妖記2》在中國內地上映，在片中飾演了永寧村少妖團成員之一，并隨組合演唱片中表演歌曲《逍遙最好》
。4月25日，參演的古裝穿越言情網絡劇《哦！我的皇帝陛下》在騰訊視頻上線，肖戰憑借清眸拓墨、出塵絕世的王爺北堂墨染嶄露頭角
。6月9日，以學長身份參與錄制的女團競演綜藝節目《創造101》在騰訊視頻播出，肖戰首次在舞臺挑戰rap
。10月4日，隨組合舉行“Keep Online”巡回演唱會杭州首站
。10月5日，推出個人生日單曲《滿足》。10月9日，在由中國青年報、中青在線聯合酷我音樂聯合出品的青年閱讀分享類音頻節目《榜樣閱讀》中朗讀周國平先生的文章《自己的園地》
。11月28日，在COSMO時尚美麗盛典上，獲得了年度青春美麗偶像獎
。12月18日，肖戰獲得騰訊視頻星光盛典“DOKI年度人氣王”獎
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2019年，主演古裝玄幻劇《斗羅大陸》，并在劇中飾演向往武學之道且擁有罕見天賦，最終憑著自己的恒心和實力克服重重困難的唐三
。6月27日，領銜主演的古裝仙俠劇《陳情令》在騰訊視頻播出，肖戰在劇中飾演瀟灑恣意，立志鋤奸扶弱，卻因種種遭遇煉成詭道術法，依然初心不變的夷陵老祖，而肖戰也憑借該角色贏得廣泛關注，并獲得第三屆中國銀川互聯網電影節網絡劇單元最佳男演員獎和第六屆“中國電視好演員” 優秀演員榮譽
。8月，在都市情感劇《余生，請多指教》中飾演外科主刀醫生顧魏
。9月13日，主演的古裝仙俠片《誅仙I》在全國上映，肖戰在片中飾演機緣巧合之下獲得法器燒火棍，從而卷入正邪兩道之間隱秘斗爭的平凡少年張小凡；同時，肖戰還為該片演唱主題曲《問少年》；該片上映首日票房便突破1億人民幣，總票房則超過4億人民幣
。9月底，肖戰除了成立個人工作室
，其參與錄制的獻禮音樂影像作品《我和我的祖國》在全網上線
。10月4日，肖戰演唱的獻禮歌曲《我的中國心》發布
，而他在中央電視臺音樂頻道國慶特別節目《我愛你中國》也演唱了該歌曲
。11月17日，參與錄制的音樂競演綜藝《中國夢之聲·我們的歌》在東方衛視播出，在節目中肖戰與那英合作挑戰不同類型的歌曲，并最終獲得“優聲拍檔”榮譽
。11月26日，出演的古裝科幻權謀劇《慶余年》開播，肖戰在劇中飾演慶國派往北齊舍生潛伏的間諜言冰云；而該劇片尾曲《余年》也由他演唱
。同年，肖戰還入選了福布斯中國30位30歲以下精英榜
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2020年1月24日，參與錄制的明星推理綜藝節目《明星大偵探第五季》在芒果TV播出；同一天，肖戰首次登上中央廣播電視總臺春節聯歡晚會，還首次挑戰小品，與謝娜、鞠婧祎、楊迪、劉維、蔣詩萌合作表演小品《喜歡你，喜歡我》
。1月25日，肖戰擔任北京電視臺春節聯歡晚會代言人，并在晚會上演唱歌曲《滄海一聲笑》，還和靳東合唱歌曲《壯志在我胸》
。1月26日，參與錄制的文化音樂節目《經典詠流傳第三季》在中央電視臺綜合頻道播出，在節目中肖戰與那英演唱節目主題曲《千年一聲唱》，并演唱根據鄭板橋同名詩詞與現代流行音樂相融合的歌曲《竹石》，帶領觀眾領略詩詞之美、發現傳統文化深層價值
。2月8日，在東方衛視元宵節目特別節目中與《我們的歌》節目嘉賓以VCR形式朗誦詩歌《因為有信念》致敬抗疫一線，為武漢加油
。4月13日，肖戰所重新演繹的歌曲《紅梅贊》上線，該歌曲收錄于《美麗中國》音樂專輯特別篇
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