2011年，为日版《蓝精灵》的主角笨笨配音，正式声优出道。为乐天ぎゅぎゅっと冷饮拍摄“罗密欧篇”广告，这是山田凉介第一个单独广告代言（至年底）。

山田凉介,Ryosuke Yamada,山田涼介写真作品图片

2012年，第一次主演时代剧《山田显义物语》。1月与铃木京香共同主演电视剧《理想的儿子》。之后为味之素“Cook Do香味ペースト”产品单独代言拍摄广告（2012年至今）。6月Hey！Say！JUMP赴香港和台湾举办第一次亚洲巡演。同年被天树征丸钦点接棒“金田一”系列成为第四代金田一一，赴香港拍摄SP《金田一少年事件簿 香港九龙财宝杀人事件》。还演唱了该剧主题曲《ミステリー ヴァージン》solo出道。12月Hey！Say！JUMP以团体座长的身份在东京帝国剧场主演舞台剧“JOHNNY’S World”。

2013年，山田凉介的solo出道单曲《ミステリー ヴァージン》以一周18.9万张的销量夺冠，刷新多项纪录，成为2013年度solo单曲销量冠军。2月号《Myojo》开设个人专栏“真红之音-Think Note-”连载至今。同年在日本电视台24小时SP《作别于今日》中饰演癌症青年原田信夫。9月赴马来西亚拍摄于2014新春播出的SP《金田一少年事件簿 狱门塾杀人事件》。

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2014年，7月主演电视连续剧《金田一少年之事件簿N（neo）》。后在《地狱老师》第9集中客串绝鬼一角。同年出演电影《蚱蜢》（2015年11月7日上映）中的冷酷天才杀手蝉，主演漫画改编的真人电影《暗杀教室》，饰演男主角潮田渚实现大荧幕出道。