2012-2014: Debut med EXO
Lay blev det sjette medlem af EXO og blev formelt præsenteret for offentligheden den 17. januar 2012, hvor han debuterede som det fjerde kinesiske medlem af EXO-M-underenheden. Efter udgivelsen af singlerne "What Is Love" og "History" i 2012 fejrede han og de andre elleve medlemmer deres pre-debut showcase på Seouls olympiske stadion den 31. marts og en anden showcase og pressekonference i Beijing i den store hal på Beijing University of Business and International Economics i Beijing. Gruppen debuterede officielt den 8. april 2012 med deres sang med titlen "Mama", og EXO-M's første optræden i Kina var ved den 12. Yinyue Fengyun Bang Awards.
I december 2012 sluttede Lay sig til det musikalske projekt S.M. the Performance sammen med sin bandkammerat Kai og sine kolleger Yunho, Eunhyuk, Donghae, Minho og Taemin. Den 29. december optrådte gruppen med singlen "Spectrum", som blev udgivet den næste dag, i 2012 SBS Gayo Daejeon.
I begyndelsen af 2014 komponerede og opførte Lay sangen "I'm Lay" til sin solooptræden under den første EXO-turné med titlen The Lost Planet. Senere i 2014 fremførte han en anden sang med titlen "I'm Coming" i et særligt tv-show til årets afslutning på Hunan TV.
2015-2016: Solo debut og skuespil
I april 2015 meddelte S.M. Entertainment, at der var blevet oprettet et personligt studie for Lays aktiviteter i Kina. I maj 2015 blev han castmedlem i det kinesiske program Go Fighting! I juni 2015 komponerede Lay sangen "Promise" til genudgivelsen af EXO's andet studiealbum, Love Me Right. Han skrev også teksten til den kinesiske version af sangen, mens den koreanske version blev skrevet i fællesskab af Chen og Chanyeol.
Den 18. september 2015 blev den begrænsede udgave af hans selvbiografi med titlen Standing Firm At 24 udgivet, mens den almindelige udgave blev sat til salg den 7. oktober. Bogen dokumenterer vigtige begivenheder i hans liv og slog flere online salgsrekorder med 68 537 solgte eksemplarer i de første fireogtyve minutter af forsalget. Efter mindre end tre måneders salg med 1,4 millioner solgte eksemplarer fik bogen fjerdepladsen på "The 10th Chinese Celebrity Writers List", der blev offentliggjort af de indflydelsesrige kinesiske medier WCC Daily, Cover News og Great Star Media, og blev dermed den yngste forfatter på listen. Han var også mesteren i det årlige salg af kendisbøger i 2015 og kom på førstepladsen i Asiens bedste bøger, to gange i sin månedlige rangliste og seks gange på den ugentlige liste. Han var også på Rakuten-listen med 400.000 solgte eksemplarer inden for seks måneder og har modtaget meget ros og anerkendelse fra læserne.
I samme måned optrådte han i filmen Kung Fu Yoga, med Jackie Chan i hovedrollen og instrueret af Stanley Tong, og senere som hovedperson sammen med sin labelkammerat Krystal i den kommende film med titlen Unexpected Love, som blev udskudt til udgivelse i august 2017, og hvis plakat blev afsløret på filmfestivalen i Cannes.
I november 2015 debuterede Lay på det store lærred med en birolle i den kinesiske film Ex Files 2: The Backup Strikes Back, som blev en blockbuster med et salg på to milliarder kroner i løbet af ti dage efter udgivelsen. Han vandt senere prisen for bedste birolle på China Great Britain Film Festival 2016 for sin præstation. Han skrev og indspillede også et originalt soundtrack til filmen med titlen "Alone (One Person)", som nåede førstepladsen på Baidu Music Chart og senere vandt prisen for det bedste originale soundtrack ved 16th Top Chinese Music Awards og 4th V-Chart Awards. Lay medvirkede også i den kinesiske film Oh My God og samarbejdede med sine medspillere Coco Jiang Wen og Li Xiaolu på et originalt soundtrack til filmen med titlen "Happy Youth", som debuterede som nummer otte på Billboard V Chart.
I januar 2016 optrådte Lay og de andre medvirkende i Go Fighting! i den kinesiske film Royal Treasure. I april 2016 modtog han prisen som den mest populære nybegynder ved den 16. Top Chinese Music Awards. I maj 2016 debuterede Lay på det lille tv-skærmbillede i den kinesiske tv-serie To Be A Better Man og udgav en kinesisk sang med titlen "Monodrama" som en del af SM Station. Skrevet af Lay og medkomponeret og arrangeret sammen med Divine Channel, slog "Monodrama" en rekord ved at forblive på førstepladsen på YinYueTai VChart i fem uger i træk.
I maj 2016 spillede Lay hovedrollen i det kinesiske tv-drama The Mystic Nine, en prequel til The Lost Tomb. Serien opnåede en succes uden fortilfælde, idet den placerede sig på førstepladsen i tv-seertal og satte rekord for at opnå flere onlinebesøg inden for 24 timer og har samlet mere end ti milliarder besøg i alt. Tv-serien fik efterfølgende en sekundær historie kaldet The Mystic Nine Side Story: Flowers Bloom in February, som udelukkende fokuserede på Lays karakter, Er Yue Hong.
I oktober 2016 begyndte Lays solokarriere med udgivelsen af "what U need?" som en overraskelsesgave til sine fans på hans fødselsdag. Sangen blev nummer et på China V Chart, samt på Billboard World Digital Songs og var kommet ind i top 60 på iTunes, hvilket gjorde Lay til den første kinesiske kunstner, der kom på listen. Han optrådte med sangen for første gang den 10. oktober på Asia Song Festival i Busan. Den 28. oktober, en dag efter at have holdt en pressekonference i Shanghai Town & Country Community, udgav Lay sit første mini-album med titlen Lose Control, der indeholder seks sange på mandarin og musikvideoen til singlen. Lay deltog i produktionen af albummet som producer og stod personligt for kompositionen, arrangementet og skrivningen af teksterne til hver enkelt sang samt oversættelsen af de samme tekster til tre andre sprog, herunder engelsk og japansk. Singlen "Lose Control" forblev på førstepladsen på Billboard China V Chart i seks uger i træk. Lose Control slog rekorden i Sydkorea med et stort flertal af salget af en solokunstner, idet forudbestillingerne oversteg 200.000 eksemplarer før det fysiske album blev udgivet, hvilket gjorde det til nummer et i salget af albummet. Lay blev også den første solokunstner til at sælge mere end 40.000 eksemplarer af albummet inden for en dag og 125.000 efter en uge efter albummets udgivelse. Mere end en million eksemplarer af det digitale album er blevet solgt i Xiami. Han optrådte med "Lose Control" for første gang i The Show den 15. november. Lose Control var en kommerciel succes og nåede førstepladsen på Gaon Album Chart.
Senere i november blev Lay annonceret som hovedrolle i en kinesisk genindspilning af den japanske dramatiske tv-serie Operation Love, som begyndte at blive sendt på Dragon TV fra den 24. april 2017 med 32 afsnit.
Fra 2017 til i dag: Stigende popularitet og Lay 02 Sheep
Den 27. januar 2017 optrådte Zhang for første gang ved CCTV Spring Gala Festival og præsenterede sig sammen med den kinesiske skuespiller Jing Boran. I april samme år blev det bekræftet i besætningen af den historiske film The Founding of the Army, der blev udgivet den 28. juli 2017 for at markere 90-årsdagen for grundlæggelsen af Folkets Befrielseshær. I maj udgav han sangen "祈愿 (Pray)" til soundtracket til Operation Love, som nåede topplacering på QQ Music. I maj deltog han også i lanceringsceremonien for Huawei Nova 2 i Hunan International Exhibition and Conference Center, hvor han udtrykte sin taknemmelighed for sin fortsatte udnævnelse som ambassadør for Huawei Nova. I juli 2017 havde varietéshowet Go Fighting! premiere på sin tredje sæson med Zhang i hovedrollen. Han blev senere afsløret som stemmeskuespiller i den kinesiske eftersynkronisering af hovedantagonisten i tegnefilmen Cars 3.
En voksskulptur af ham i Madame Tussauds havde sin udstilling den 8. september 2017 i Beijing. Den 17. september 2017 blev det bekræftet at være eller hovedperson i drama The Golden Eyes, annonceret i en pre-release konference. Den 22. september afslørede S.M. Entertainment et teaserbillede om hans kommende comeback. Den 25. september udgav han sangen "I Need U (需要 你)" som et pre-release track til sit første studiealbum Lay 02 Sheep, der udkom digitalt den 7. oktober 2017 sammen med titelnummeret "Sheep (羊)".