Năm 2012 đánh dấu nhiều lần đầu tiên của Sơn Tùng M-TP. Anh chính thức vào Nam nhờ thi đỗ thủ khoa vào Nhạc viện TP.HCM với số điểm 25,5. Sau đó, bản hit trên mạng Cơn mưa ngang qua cũng lần đầu tiên được nam ca sĩ trình diễn trên sân khấu ca nhạc chuyên nghiệp tại chương trình Thần tượng Âm nhạc Việt Nam 2012.
Cùng năm, Cơn mưa ngang qua một lần nữa được trình diễn tại Bài hát yêu thích và nhận giải thưởng "Bài hát yêu thích của tháng". Cột mốc này đưa ca khúc từ một hiện tượng trên mạng trở thành sản phẩm chính thống được giới chuyên môn công nhận. Ra mắt vào năm 2011, Cơn mưa ngang qua thời điểm đó đạt 1,8 triệu lượt xem. Sau 5 năm đồng hành cùng sự nghiệp của Sơn Tùng, lượt nghe của ca khúc hiện tại là 94 triệu.
Cuối năm 2012, Sơn Tùng M-TP ký hợp đồng làm ca sĩ độc quyền trong vòng 5 năm với Văn Production. Dưới sự dìu dắt của nhạc sĩ Huy Tuấn, cái tên Sơn Tùng nhanh chóng phủ sóng nhiều sân chơi lớn.
Mọi điều kiện thuận lợi đứng về Sơn Tùng M-TP trong năm 2013. Nam ca sĩ "tấn công" Vpop với chuỗi ca khúc đình đám: Nắng ấm xa dần, Em của ngày hôm qua, Đừng về trễ... Đây cũng là thời kỳ mà nền âm nhạc Việt Nam bắt đầu có sự cạnh tranh quyết liệt trên mặt trận nhạc số, đặc biệt là YouTube.
Thời điểm ra mắt, Em của ngày hôm qua đạt một triệu lượt nghe sau ba ngày. Bản hit đưa tên tuổi Sơn Tùng M-TP lên tầm cao mới. Song song với đó, những rắc rối xoay quanh vấn đề đạo nhạc, bắt chước ý tưởng cũng được bắt nguồn từ đây. Việc vướng vào nghi án đạo beat ca khúc Everynight của Hàn Quốc khiến nhạc sĩ Huy Tuấn ra quyết định gỡ Em của ngày hôm qua ra khỏi bảng xếp hạng Bài hát yêu thích vào tháng 6/2014.
Năm 2014, Sơn Tùng M-TP lấn sân sang điện ảnh với bộ phim Chàng trai năm ấy, được lấy cảm hứng từ cuộc đời nam ca sĩ quá cố Wanbi Tuấn Anh. Bộ phim giúp anh trở thành ngôi sao phòng vé (đạt doanh thu 60 tỷ) nhưng cũng khiến anh gặp nhiều rắc rối trước đó. Ca khúc Chắc ai đó sẽ quay về bị Trung tâm Bảo vệ Quyền tác giả Âm nhạc Việt Nam và Bộ Văn hóa Thể thao Du lịch kết luận phần beat (hòa âm) chịu ảnh hưởng rất lớn từ bài hát Because I Miss You của Hàn Quốc.
Cùng thời điểm đó, nhạc sĩ Huy Tuấn gửi thông tin đến cơ quan báo đài việc dừng hợp tác với nam ca sĩ vì liên quan đến Chắc ai đó sẽ về. Sự việc trở nên ầm ỹ khi Văn Production đưa ra quyết định cấm diễn vì cho rằng anh vi phạm hợp đồng. Sau khi hoàn tất hết thủ tục pháp lý, Sơn Tùng M-TP về với Wepro của ông bầu Quang Huy.
Gạt bỏ mọi ồn ào, cuối tháng 1/2015 Sơn Tùng M-TP xác nhận sẽ tham gia chương trình The Remix. Nam ca sĩ tỏa sáng ở tất cả những tuần anh góp mặt. Nhiều ca khúc hit của anh xuất hiện và được làm mới. Tuy nhiên sau liveshow 7, anh chính thức xin ban tổ chức The Remix rút khỏi sân chơi vì lý do đau họng nặng, không thể biểu diễn với phong độ tốt nhất trên sân khấu.
Tháng 9/2015, Sơn Tùng M-TP công bố khởi động dự án lớn: Liveshow MTP Ambition - Chuyến bay đầu tiên. Dự án khép lại hành trình ca hát trong năm của anh. Live show diễn ra tại sân vận động Phú Thọ (TP.HCM) thu hút sự chú ý của truyền thông lẫn khán giả.
Tháng 4/2016, giải Cống hiến gọi tên Sơn Tùng ở hạng mục quan trọng nhất: Ca sĩ của năm. Tùng Dương cho rằng giải thưởng Cống hiến mà nam ca sĩ gốc Thái Bình nhận được là sự khẳng định cho con đường riêng mà anh đang theo đuổi.
Tranh cãi luôn nổi lên khi Sơn Tùng M-TP ra mắt sản phẩm mới. Ca khúc Chúng ta không thuộc về nhau được phát hành cùng ngày với MV của We Don't Talk Anymore một lần nữa khơi lên nhiều ồn ào về một số điểm bị cho là tương đồng của hai ca khúc. Đối mặt trước nhiều sóng gió, Sơn Tùng vẫn chọn động thái im lặng.
Cuối năm 2017, Sơn Tùng đưa ra quyết định lớn trong sự nghiệp của anh: chia tay Quang Huy và Wepro để thành lập công ty riêng. Sơn Tùng khẳng định cả hai đang kết hợp rất thành công nhưng anh quyết tâm thích chinh phục những đỉnh cao mới. Do đó anh muốn hoạt động độc lập. Cuộc chia tay diễn ra văn minh, hai bên đều có những chia sẻ tốt đẹp dành cho nhau.
Như để chứng minh cho sự lựa chọn của mình là đúng đắn, Sơn Tùng M-TP chọn Lạc trôi làm sản phẩm đánh dấu hành trình mới của anh. MV lập kỷ lục cán mốc 100 triệu lượt xem nhanh nhất của Vpop trong vòng hai tháng.
Sau đó, Sơn Tùng chọn chủ đề, hình tượng đơn giản trong Nơi này có anh. Nhưng ca khúc vẫn đạt được thành công ngoài sức tưởng tượng. MV đạt 7 triệu lượt xem trong vòng 24 giờ và 100 triệu lượt xem nhanh nhất sau chưa đầy hai tháng, tự phá kỷ lục trước đó của Sơn Tùng M-TP là Lạc trôi. Giai đoạn này, nam ca sĩ nổi lên như một nhân vật truyền cảm hứng cho giới trẻ.
Chiều 5/10 tại TP.HCM, Sơn Tùng M-TP tổ chức buổi họp báo ra mắt tự truyện mang tên Chạm tới giấc mơ đến giới truyền thông. Trước đó, tự truyện được phát hành toàn quốc và nhanh chóng tiêu thụ được 10.000 bản.
