We wrześniu 2012 podpisała kontrakt z wytwórnią Hollywood i rozpoczęła pisanie piosenek (jest współautorką części z nich) do swojego debiutanckiego albumu. W 2013, jako najmłodsza wtedy w historii uczestniczka konkursu, wzięła udział w 16. edycji amerykańskiej wersji „Tańca z gwiazdami”. Jej partnerem był Wałentyn Czmerkowski, zajęli drugie miejsce w finale. Pierwszy album studyjny artystki Zendaya został wydany 17 września 2013. Zadebiutował on na 51. miejscu Bilboard 200, a poprzedzający go, wydany w lipcu, singel „Replay” dotarł do 40. miejsca Bilboard Hot 100. mały|254x254px|Zendaya (San Diego Comic-Con 2016) W listopadzie 2013 została obsadzona w roli głównej w pilocie Disneya pt. Super Awesome Katy. W maju 2014 zamówiony został na jego podstawie serial pod zmienionym tytułem – tyt. org. K.C. Undercover (2015–2018), tyt. polski K.C. nastoletnia agentka, którego aktorka była także współproducentką. W 2017 poinformowała, że miała duży wpływ na zmianę nazwy serialu, nazwy jego głównej bohaterki, kluczowych cech jej osobowości oraz zwiększenie inkluzywności. W 2014 miała także wystąpić w filmie TV stacji Lifetime poświęconym piosenkarce R&B Aaliyah i nagrać cztery piosenki.