2012–2014: Debiut z EXO
Lay został szóstym członkiem EXO i został formalnie zaprezentowany publiczności 17 stycznia 2012 roku, debiutując jako czwarty chiński członek podjednostki EXO-M. Po wydaniu singli "What Is Love" i "History" w 2012 roku, on i pozostałych jedenastu członków świętowali swój przed-debiutancki showcase na Stadionie Olimpijskim w Seulu 31 marca, oraz drugi showcase i konferencję prasową w Pekinie w Wielkiej Sali Pekińskiego Uniwersytetu Biznesu i Ekonomii Międzynarodowej. Grupa oficjalnie zadebiutowała 8 kwietnia 2012 roku z piosenką "Mama", a pierwszy występ EXO-M w Chinach odbył się na 12 Yinyue Fengyun Bang Awards.
W grudniu 2012 roku Lay dołączył do projektu muzycznego S.M. the Performance, wraz ze swoim kolegą z zespołu Kai i kolegami Yunho, Eunhyuk, Donghae, Minho i Taemin. 29 grudnia grupa wykonała singiel "Spectrum", który został wydany następnego dnia, w 2012 SBS Gayo Daejeon.
Na początku 2014 roku, Lay skomponował i wykonał piosenkę "I'm Lay" na swój solowy występ podczas pierwszej trasy EXO zatytułowanej The Lost Planet. Później w 2014 roku, wykonał kolejną piosenkę zatytułowaną "I'm Coming" w specjalnym programie telewizyjnym na koniec roku w Hunan TV.
2015–2016: Debiut solowy i działalność aktorska
W kwietniu 2015 roku S.M. Entertainment ogłosiło, że zostało utworzone osobiste studium dla działalności Lay'a w Chinach. W maju 2015 roku został członkiem obsady chińskiego programu Go Fighting! W czerwcu 2015 roku, Lay skomponował piosenkę "Promise" na reedycję drugiego studyjnego albumu EXO, Love Me Right. Napisał również tekst do chińskiej wersji piosenki, podczas gdy koreańska wersja została współtworzona przez Chena i Chanyeola.
18 września 2015 roku ukazała się limitowana edycja jego autobiografii zatytułowana Standing Firm At 24, natomiast standardowa edycja trafiła do sprzedaży 7 października. Książka dokumentuje ważne wydarzenia z całego jego życia i pobiła kilka internetowych rekordów sprzedaży sprzedając 68 537 egzemplarzy w ciągu pierwszych dwudziestu czterech minut przedsprzedaży. Po niecałych trzech miesiącach sprzedaży z 1,4 mln sprzedanych egzemplarzy, uzyskał czwarte miejsce na "The 10th Chinese Celebrity Writers List", wydanej przez wpływowe chińskie media, WCC Daily, Cover News i Great Star Media, stając się najmłodszym autorem, który wszedł na tę listę. Był również mistrzem "2015 Annual Celebrity Book Sales" i zajął pierwsze miejsce w "Asia's Best Books", dwukrotnie podczas miesięcznego rankingu i sześciokrotnie w przypadku listy tygodniowej. Znalazł się również na liście Rakuten, z 400.000 egzemplarzy sprzedanych w ciągu sześciu miesięcy, i otrzymał wiele uznania i pochwał od czytelników.
W tym samym miesiącu pojawił się w filmie Kung Fu Yoga, z udziałem Jackie Chana i w reżyserii Stanleya Tonga, a później jako protagonista wraz ze swoją koleżanką z wytwórni Krystal w nadchodzącym filmie zatytułowanym Unexpected Love, którego premiera została przesunięta na sierpień 2017 roku, a którego plakat został ujawniony na Festiwalu Filmowym w Cannes.
W listopadzie 2015 roku Lay zadebiutował na dużym ekranie z drugoplanową rolą w chińskim filmie Ex Files 2: The Backup Strikes Back, który był blockbusterem, uzyskując dwa miliardy w sprzedaży w ciągu dziesięciu dni od premiery. Później zdobył nagrodę dla najlepszego aktora drugoplanowego na 2016 China Great Britain Film Festival za swój występ. Napisał również i nagrał oryginalną ścieżkę dźwiękową do filmu zatytułowaną "Alone (One Person)", która osiągnęła numer jeden na Baidu Music Chart, a później zdobyła nagrodę za najlepszą oryginalną ścieżkę dźwiękową na 16. Top Chinese Music Awards i 4. V-Chart Awards. Lay wystąpił również w chińskim filmie "Oh My God" i wraz ze swoimi partnerami Coco Jiang Wen i Li Xiaolu stworzył oryginalną ścieżkę dźwiękową do filmu zatytułowaną "Happy Youth", która zadebiutowała na ósmym miejscu Billboard V Chart.
W styczniu 2016 roku, Lay wraz z innymi członkami obsady Go Fighting! wystąpili w chińskim filmie Royal Treasure. W kwietniu 2016 roku otrzymał nagrodę Most Popular Newcomer na 16. Top Chinese Music Awards. W maju 2016 roku Lay zadebiutowała na małym ekranie w chińskim serialu telewizyjnym To Be A Better Man i wydała chińską piosenkę zatytułowaną "Monodrama" w ramach SM Station. Napisana przez Lay oraz współkomponowana i zaaranżowana z Divine Channel, "Monodrama" pobiła rekord utrzymując się na pierwszej pozycji w YinYueTai VChart przez pięć kolejnych tygodni.
W maju 2016 roku Lay wystąpił w chińskim dramacie telewizyjnym The Mystic Nine, prequelu do The Lost Tomb. Seria osiągnęła bezprecedensowy sukces, zajmując pierwsze miejsce w rankingach telewizyjnych i ustanawiając rekord w uzyskaniu kilku wizyt online w ciągu 24 godzin, a w sumie zgromadziła ponad dziesięć miliardów wizyt. Seria telewizyjna poszedł na drugorzędną historię o nazwie The Mystic Nine Side Story: Kwiaty kwitną w lutym, która koncentrowała się wyłącznie na postaci Lay, Er Yue Hong.
W październiku 2016 roku, solowa kariera Lay'a rozpoczęła się od wydania "What U need?" jako prezentu niespodzianki dla jego fanów na jego urodziny. Piosenka zajęła pierwsze miejsce w China V Chart, a także w Billboard World Digital Songs i weszła do top 60 iTunes, czyniąc Lay pierwszym chińskim artystą, który pojawił się na tej liście. Po raz pierwszy wykonał tę piosenkę 10 października na Asia Song Festival w Busan. 28 października, dzień po konferencji prasowej w Shanghai Town & Country Community, Lay wydał swój pierwszy mini-album zatytułowany Lose Control, który zawiera sześć piosenek w języku mandaryńskim oraz teledysk do singla. Lay uczestniczył w produkcji albumu jako producent i był osobiście odpowiedzialny za kompozycję, aranżację i napisanie tekstu każdej piosenki, jak również za tłumaczenie tych samych tekstów na trzy inne języki, w tym angielski i japoński. Singiel "Lose Control" utrzymywał się na pierwszym miejscu Billboard China V Chart przez sześć kolejnych tygodni. Lose Control pobiło rekord w Korei Południowej pod względem większości sprzedaży solowego artysty, z pre-orderami przekraczającymi 200,000 kopii przed wydaniem fizycznego albumu, stając się numerem jeden w sprzedaży. Lay stała się również pierwszą solową artystką, która sprzedała ponad 40,000 kopii albumu w ciągu jednego dnia i 125,000 po tygodniu od wydania albumu. Ponad milion kopii cyfrowych albumu zostało sprzedanych w Xiami. Po raz pierwszy wykonał "Lose Control" w programie The Show 15 listopada. Lose Control był komercyjnym sukcesem osiągając pierwsze miejsce na Gaon Album Chart.
Później w listopadzie ogłoszono, że Lay wystąpi w chińskim remake'u hitowego japońskiego serialu dramatycznego Operation Love, który rozpoczął emisję w Dragon TV od 24 kwietnia 2017 roku z 32 odcinkami.
2017-obecnie: Rosnąca popularność i Lay 02 Sheep
27 stycznia 2017 roku Zhang po raz pierwszy wystąpił na Festiwalu Wiosennej Gali CCTV i zaprezentował się u boku chińskiego aktora Jing Borana. W kwietniu tego samego roku został potwierdzony w obsadzie filmu historycznego The Founding of the Army, wydanego 28 lipca 2017 roku z okazji 90. rocznicy powstania Armii Ludowo-Wyzwoleńczej. W maju wydał piosenkę "祈愿 (Pray)" na ścieżkę dźwiękową filmu Operation Love, osiągając najwyższą pozycję w QQ Music. Również w maju, wziął udział w ceremonii wydania Huawei Nova 2 w Hunan International Exhibition and Conference Center, gdzie wyraził wdzięczność za dalsze mianowanie go ambasadorem Huawei Nova. W lipcu 2017 roku program rozrywkowy Go Fighting! miał premierę swojego trzeciego sezonu, z Zhangiem w głównej obsadzie. Później został ujawniony jako aktor głosowy chińskiego dubbingu dla głównego antagonisty filmu animowanego Auta 3.
Woskowa rzeźba z niego w Madame Tussauds miała swoją wystawę 8 września 2017 roku w Pekinie. 17 września 2017 roku potwierdzono, że będzie lub protagonistą dramy The Golden Eyes, ogłoszonej na konferencji przedpremierowej. 22 września S.M. Entertainment ujawniło zdjęcie teaserowe o jego nadchodzącym comebacku. 25 września wydał piosenkę "I Need U (需要 你)" jako utwór przedpremierowy do swojego pierwszego albumu studyjnego Lay 02 Sheep, wydanego cyfrowo 7 października 2017 roku, wraz z tytułowym utworem "Sheep (羊)".