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2012年9月28日,该频道开始进行高清、标清同步播出;11月26日,该频道开始通过位于北京市朝阳区的中国中央电视台总部大楼对外试播。
2013年起,因央视加强公益广告审核工作,该频道在播出公益广告时,右上角显示彩色色块的“公益广告标识”。6月1日,CCTV-3改版并开播益智竞技类节目《越战越勇》;[20] 同年6月2日开播《黄金100秒》节目[21] ;6月17日12点开始,CCTV-3正式在央视总部大楼全面播出,播出系统采用以网络化制播工艺技术取代以录像、磁带为载体的传播播出模式。[6] 
2014年1月3日,CCTV-3原创音乐真人秀节目《中国好歌曲》(第一季)正式开播。[22] 7月26日,魔术竞技真人秀节目《大魔术师》正式推出;[23] 同日,原创电视音乐会节目《完美星开幕》开播,该节目为《中国好歌曲》的衍生节目。[24] 10月31日,全媒体互动音乐真人秀节目《中国正在听》开播。[25] 
2015年4月9日,受“毕福剑视频事件”影响,《星光大道》及所有与毕福剑有关的节目暂停播出4周(《越战越勇》除外,因主持人为杨帆)[26] ;5月11日恢复并由朱军和尼格买提主持。9月3日,综艺频道与综合频道、新闻频道在央视新址C01演播室直播反法西斯70周年阅兵式,同时重播有关抗战期间的综艺节目,晚间档与综合频道、财经频道、中文国际频道、新闻频道、英语新闻频道在新闻旧址150演播室并机直播《纪念中国人民抗日战争暨-世界反法西斯战争胜利70周年文艺晚会》。