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2012年9月28日，該頻道開始進行高清、標清同步播出；11月26日，該頻道開始通過位于北京市朝陽區(qū)的中國中央電視臺總部大樓對外試播。
2013年起，因央視加強公益廣告審核工作，該頻道在播出公益廣告時，右上角顯示彩色色塊的“公益廣告標識”。6月1日，CCTV-3改版并開播益智競技類節(jié)目《越戰(zhàn)越勇》；[20] 同年6月2日開播《黃金100秒》節(jié)目[21] ；6月17日12點開始，CCTV-3正式在央視總部大樓全面播出，播出系統(tǒng)采用以網(wǎng)絡化制播工藝技術取代以錄像、磁帶為載體的傳播播出模式。[6] 
2014年1月3日，CCTV-3原創(chuàng)音樂真人秀節(jié)目《中國好歌曲》（第一季）正式開播。[22] 7月26日，魔術競技真人秀節(jié)目《大魔術師》正式推出；[23] 同日，原創(chuàng)電視音樂會節(jié)目《完美星開幕》開播，該節(jié)目為《中國好歌曲》的衍生節(jié)目。[24] 10月31日，全媒體互動音樂真人秀節(jié)目《中國正在聽》開播。[25] 
2015年4月9日，受“畢福劍視頻事件”影響，《星光大道》及所有與畢福劍有關的節(jié)目暫停播出4周（《越戰(zhàn)越勇》除外，因主持人為楊帆）[26] ；5月11日恢復并由朱軍和尼格買提主持。9月3日，綜藝頻道與綜合頻道、新聞頻道在央視新址C01演播室直播反法西斯70周年閱兵式，同時重播有關抗戰(zhàn)期間的綜藝節(jié)目，晚間檔與綜合頻道、財經(jīng)頻道、中文國際頻道、新聞頻道、英語新聞頻道在新聞舊址150演播室并機直播《紀念中國人民抗日戰(zhàn)爭暨-世界反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年文藝晚會》。