2017年3月,参演真人漫改剧《我才不会被女孩子欺负呢》,他在剧中饰演男主角叶麟[27]。
2018年1月,参加竞演类综艺节目《偶像练习生》播出,4月6日,蔡徐坤在总决赛中获得最高票数,并以NINE PERCENT九人男团C位出道[3];8月2日,发行个人首张EP《1》,该张专辑融合了Future R&B/Urban R&B等多种不同风格的元素,共包含《Pull up》《You can be my girlfriend》《It’s you》三首单曲[4];8月19日,获得出道后首个个人音乐类奖项亚洲新歌榜2018年度盛典“最受欢迎潜力男歌手”,总票数达1309万票[5];8月23日,发行原创单曲《Wait Wait Wait》,并携手格莱美奖最佳MV获奖导演戴夫·迈尔斯打造了歌曲MV[7];9月,参加爱奇艺《中国音乐公告牌》原创音乐舞台秀,并且自编solo舞蹈,全程参与制作[28];12月30日,他还参加了浙江卫视跨年演唱会
2019年1月,作为新生力量代表担任北京电视台春节联欢晚会的代言人[10],并为晚会创作歌曲《那年春天》,而晚会播出后则取得了CSM城网同时段收视第一、全国各卫视春晚收视冠军的成绩[30];2月18日,发布单曲《没有意外》[11];4月到5月期间,完成了首次海外巡回公演《ONE》,包括伦敦、纽约、洛杉矶、旧金山、多伦多、温哥华6站[31];7月26日,发行首张数字专辑《YOUNG》[32],随后该专辑打破多项记录,并以总销售额第一的成绩成为2019年“数专之王”首登TME财报[127];9月26日,随NINE PERCENT发行音乐专辑《限定的记忆》,专辑收录其个人原创歌曲《梦》[33];10月6日,NINE PERCENT组合因合约到期而正式解散[34];11月15日,发行单曲《重生》,首次尝试摇滚曲风[15];12月5日,与佟丽娅合唱2022北京冬奥会推广曲《冬梦飞翔》[35];8日,担任第二届海南岛国际电影节青年宣传使者
2020年初,身为湖南人的蔡徐坤担任了湖南卫视春晚家乡推荐官,并在晚会上演唱歌曲《重生》[38][39];3月12日,其作为青春制作人代表加盟的青年励志综艺《青春有你第二季》开播[16];随后,他还与佟丽娅共同合唱抗疫公益歌曲《山河无恙在我胸》[40],该曲获得2020咪咕音乐公益影响力奖项[109];4月9日,蔡徐坤为抗疫创作的原创公益歌曲《Home》上线,这是他出道以来的第14支单曲[41];同月,他开始担任户外竞技真人秀《奔跑吧第四季》的常驻嘉宾[17];5月24日,发布原创单曲《情人》[128],该曲刷新了15项音乐榜单冠军,抖音相关话题播放量过30亿,QQ音乐单平台收藏量达到1400万[19];7月19日,获得第27届东方风云榜最佳男歌手、亚洲人气歌手及网络影响力三个奖项[42];8月19日,参演的互动影集《叩响明天》播出[43][44];随后,他还入选福布斯中国名人榜,排名是第31位[45];12月4日,蔡徐坤担任常驻嘉宾的户外竞技真人秀《奔跑吧·黄河篇》开播[46][47];12月26日,蔡徐坤出席第十四届音乐盛典咪咕汇,并获得年度内地最佳男歌手、年度内地最受欢迎男歌手及年度最佳人气男歌手三个奖项,同时,单曲《情人》也获得了年度十大金曲奖