2015年11月21日，谷嘉诚参与录制的才艺养成节目《燃烧吧少年》在浙江卫视播出。同期，还录制了由腾讯视频出品的直播节目《少年频道》。12月26日，爱情微电影《天才告白》在浙江卫视播出，在片中谷嘉诚饰演一名追求马思纯却失败的考古学家Edison。12月31日，谷嘉诚作为燃烧吧少年成员之一以团体组合身份亮相于浙江卫视“奔跑吧2016”跨年演唱会，串烧表演《好想大声说爱你》和节目主题曲《Be a Man》；这是谷嘉诚首次公开亮相舞台。
2016年1月16日《燃烧吧少年》第九期中，谷嘉诚作为Rap担当，接受李宇春的要求，潜心创作属于自己的原创Rap《Who I Am》，最终获得评审团蔡国庆、苏芒、华少、龙丹妮全票支持。2月6日，在《燃烧吧少年》总决赛中，谷嘉诚与队友获得503分赢得比赛 。9月24日，同名数字专辑《X玖》发布，收录了《以己之名》、《B.O.Y.S》、《永字八法》和《Be a Man》共四首歌曲，仅一分钟累计购买量突破一万。9月28日，参加X玖少年团出道发布会，以rap担当身份正式出道。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，在剧中饰演冷静隐忍的苏格拉底。11月06日，参加首届粉丝嘉年华年度盛典演唱《以己之名》，并随X玖少年团获得明星势力榜年度新人团体奖项。11月19日，组合网络综艺《X玖少年频道》在腾讯视频上线。12月10日，参加腾讯视频星光大赏盛典，并获得了“年度青春大势男团奖”。12月31日，在江苏卫视“17聚幸福”跨年演唱会上表演歌曲《B.O.Y.S》。
2017年1月，在东方玄幻剧《斗破苍穹》中，谷嘉诚，而该剧是谷嘉诚首部古装剧，并于2018年9月3日在湖南卫视青春进行时首播。2月18日，随组合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；在节目中，谷嘉诚与迪丽热巴表演了一场浪漫求婚记。3月24日，随组合参与录制的以”春天在哪里“为主题的娱乐脱口秀节目《天天向上》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。4月28日，随组合为腾讯游戏《天天炫斗》演唱三周年主题曲《炫斗青春》。之后，在亚洲金曲大赏和亚洲新歌榜上，随组合获得两项“年度最受欢迎团体奖”。9月19日，谷嘉诚作为固定嘉宾身份录制的潮流穿搭综艺节目《疯狂衣橱》在江苏卫视播出。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。2月15日，随组合参加的以“喜到福到好运到”为主题的《2018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，并随组合演唱影片中的表演歌曲《逍遥最好》 ；同时，随剧组《捉妖记2》参与录制的室内竞技真人秀节目《王牌对王牌第三季》在浙江卫视播出。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，主演的古装言情偶像剧《哦！我的皇帝陛下》在腾讯视频上线，在剧中谷嘉诚饰演男主角北堂弈，是个冷面玉树、卓尔不群的摩羯座星主；同时，还为该剧与赵露思演唱插曲《好像掉进爱情海里》 。5月4日，由中宣部、教育部、共青团中央指导，中央广播电视总台承办的《筑梦新时代》——2018年“五月的鲜花”全国大中学生文艺会演在中央电视台综合频道播出，谷嘉诚随组合与SNH48共同演唱《最好的舞台》。9月3日，根据天蚕土豆同名小说改编的古装励志玄幻剧《斗破苍穹》在湖南卫视青春进行时播出，在剧中谷嘉诚饰演孤傲细腻的虎伽，并与肖战、伍嘉成和彭楚粤为该剧演唱同名片尾曲。9月10日，录制的健康时尚类综艺节目《明星健身房第二季》在腾讯视频上线。之后，随组合在杭州、深圳举行“Keep Online”巡回演唱会。
2019年，与李沁、秦昊合作参演古装剧《南歌》；7月2日，其参加的全明星篮球竞技真人秀节目《超级企鹅联盟Super3:星斗场》在腾讯视频播出 。8月1日，参演的以消防员为题材的励志电影《烈火·英雄》在全国上映。