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。同期，与其他选手录制由腾讯视频出品的直播节目《少年频道》。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》，收录了《以己之名》、《B.O.Y.S》、《永字八法》和《Be A Man》四首歌曲。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》。
2017年1月，在东方古装玄幻剧《斗破苍穹》中，肖战饰演冷静沉稳的林修崖，是迦南学院内院的高手；此外，这也是肖战首次挑战古装剧。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》。
2018年1月，随组合发布第二张专辑《Keep Online》，专辑收录《永不下线的，才算爱吗》、《Big Show》和《颜值说》等歌曲。同时，还参演由袁锦麟自编自导的悬疑动作片《素人特工》。
1月25日，参加根据猫腻同名小说改编、孙皓执导的古装权谋电视剧《庆余年》开机发布会，并确认出演庆国派往北齐舍生潜伏的间谍言冰云。2月15日，随组合参加的以“喜到福到好运到”为主题的《春晚倒计时》在中央电视台综艺频道播出，在节目中表演《新年快乐》。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》。2月17日，随组合参与录制的由中华全国体育总会主办的节目《奔跑吧，新时代——2018体育嘉年华》在东方卫视首播，在节目中与张常宁和雷声合唱歌曲《我要上奥运》。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，并为该剧演唱个人首支影视插曲《踩影子》；该剧开播后，肖战首次登上Vlinkage艺人新媒体指数榜；直至6月14日完结时，肖战最高以指数8.33的成绩排名第6。同时，在由郑伟文和陈嘉霖执导的古装仙侠剧《陈情令》中饰演夷陵老祖魏无羡。5月19日，参与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。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，与孟美岐组同台演绎《我就是这种女孩》。
▪ 2016-12-10 腾讯视频星光大赏 年度新锐电视剧男演员奖 超星星学园 （提名）
▪ 2016-03 第十六届音乐风云榜 最受欢迎新偶像 （提名）
▪ 2017-12-17 我是头条今日头条年度盛典 年度新生力量 （获奖）
▪ 2017-12-03 腾讯视频星光大赏 doki年度粉丝影响力团体 （获奖）
▪ 2017-08-27 亚洲新歌榜 年度最受欢迎团体奖 （获奖）
▪ 2017-07-19 亚洲金曲大赏 年度最受欢迎团体奖 （获奖）
▪ 2016-12-10 腾讯视频星光大赏 年度青春大势男团奖 （获奖）
▪ 2016-11-06 首届粉丝嘉年华年度盛典 明星势力榜年度新人团体 （获奖）
在演唱《野子》时，肖战将高音部分的精彩演绎得淋漓尽致。不同于在节目中第一次亮相，肖战经历了前期多场比赛的打磨后，不仅将温暖治愈的声线放大到充满能量，更是突破以往暖男形象展示“铁肺神功”，感动现场许多观众。（娄底新闻网评）
在《快乐大本营》的即兴表演中，扮演阿哥的肖战秒入戏，眼神凌厉的他演绎一出“宫心计”，让现场气氛陡然紧张起来。（金鹰网评）
在《陈情令》中，肖战对魏无羡整个人物的理解和剖析相当透彻。如他在处理魏无羡经历跌落乱葬岗这一重大变故时，没有像一些角色黑化后的套路式表现，他身上不会有那种苦大仇深的怨气，他在乱葬岗之后第一次与蓝忘机和江澄重逢时，给人的感觉是松弛的，同时内心也在激荡。（《陈情令》总制片人杨夏评）魏无羡不好演，表面话痨、实则正直重情义的人设，演过头易显喋喋不休惹人厌，太收敛又无法表现不羁而自带傲骨的气质，而肖战，拿捏得刚刚好。（《上海电视周刊》评）
《诛仙I》作为肖战的第一部电影作品，他的演技中规中矩，尤其片尾一段又哭又疯癫的演技，还是很出彩的。张小凡魔化后无意伤了师姐，双眼通红的哭戏亮眼，打动人心。（《扬子晚报》评）
肖战是一个特别纯净的人，所以他的眼睛看起来很干净；同时，他也是一个很有天赋的演员。从《最美表演》短片合作中能看出他在拍摄前做了很多的功课。拍摄时肖战特别松弛，并没有把任何的表演痕迹加在这个角色人物里面。比如拍《买耳朵》饰演外卖小哥前，肖战观察生活中的外卖小哥。拍摄时肖战没有所谓的包袱，不化妆、不刮胡子、不做头发，完全去服务人物。（导演苏伦评）
