W rozgrywkach NASCAR zadebiutował rok później, biorąc udział w czterech wyścigach NASCAR Camping World Truck Series oraz pełnym sezonie NASCAR K&N Pro Series East, gdzie zdobył dwa zwycięstwa i tytuł mistrzowski.
W 2013 roku Larson uczestniczył w pełnym sezonie NASCAR Xfinity Series z zespołem Turner Scott Motorsports. Choć nie wygrał żadnego wyścigu, zajął 8. miejsce w klasyfikacji kierowców oraz zdobył nagrodę Debiutanta Roku. W tym samym sezonie wystartował także w dwóch wyścigach Truck Series (z których wygrał jeden, w Rockingham) oraz swoich pierwszych czterech wyścigach Monster Energy NASCAR Cup Series (debiutując w Charlotte).
Od 2014 roku Larson jest kierowcą Chevroleta z numerem 42 dla zespołu Chip Ganassi Racing w Cup Series. W swoim pierwszym sezonie zdobył dwa pole position i osiem razy kończył wyścig w czołowej piątce. Sezon zaś zakończył na 17. miejscu, dzięki czemu nagrodzono go tytułem Debiutanta Roku. Jednocześnie wraz z nowym zespołem brał udział w większości wyścigów Xfinity Series (opuścił tylko pięć rund). Odniósł wtedy swoje pierwsze zwycięstwa w tej serii – W Fontanie i Charlotte.