2011年12月29日，chen个人预告照初次公开。并以EXO成员身份首次亮相SBS年末歌谣大战。在S.M旗下艺人共同展现的“Hallyu Orchestra”特别舞台中，chen单独演绎来自皇后乐队的经典曲目《It’sahardlife》节选段（韩文改编版）。
2012年1月30日，中文版主唱合做数位序曲《WhatIsLove》通过各大音乐网站公开。chen确定被分到主攻华语地区的队伍EXO-M。4月8日，在第12届蒙牛酸酸乳音乐风云榜年度颁奖盛典的舞台上，EXO-M作为特别嘉宾出席并献上舞台首秀 。chen当晚以EXO-M的主唱身份正式出道。4月9日，出道首张迷你专辑《MAMA》中文版正式发行。
2013年6月3日，EXO首张正规一辑《XOXO Kiss&Hug》正式发行。6月14日获得美国Billboard的“全球专辑排行榜一位”。8月5日，发售后续专辑《XOXO Kiss&Hug Repakage》。新曲《Growl咆哮》一上榜就席卷韩国各大音源网站1位。据报道，《XOXO Kiss&Hug》两个版本的销量加起来达到了100万7557张。成为了韩国乐坛时隔12年后，首张突破100万张销量的唱片。12月9日冬季特别专辑《12月的奇迹》正式发行。Chen此次参与了主打曲《12月的奇迹》，歌曲《ChrismasDay》及《My Turn To Cry》中韩双语版的录制。
2012年—2013年期间，在S.M公司举办的S.M家族世界巡回演唱会上，除 去团体表演的节目，chen也有幸同公司前辈合作，奉上特别舞台。2012年台湾站、雅加达站与前辈厉旭、银赫合作歌曲《爱不单行》。东京站合作歌曲《Everything》。新加坡站、曼谷站与队友beakhyun、前辈厉旭、温流合作曲目《OpenArms》。2013年北京站，东京站与前辈厉旭、队友D.O合作歌曲《SunndayMorning》。
2014年1月9日，单独表演郑烨前辈歌曲《NothingBetter》。1月28日，chen被Mnetwide演艺新闻之2014新大势IDOL特辑选为“占据歌唱界王冠Idol”第三位 。2月4日，入选S.M以演绎抒情曲风为主的超实力抒情限定组合S.M THE BALLAD。与前辈沈昌珉、艺声、金泰妍、钟铉、周觅、张力尹、Krystal构成第二代组合成员 。chen参与了专辑中三首歌曲的录制。包括主打曲《BREATH》中文版，歌曲《一天》及《回想》。2月12日，成员在韩国首尔三星洞COEX举行了名为“SMTHEBALLADVol.2JointRecital”的联合演唱会。5月7日，EXO发行第二张迷你专辑《上瘾 Overdose》。