2009년 슈퍼스타K 시즌1에 참가했다. 방송 초반에는 살이 많이 붙어있는 덩치 큰 외모 때문에 시청자들에게 주목받지 못했지만, 슈퍼 위크와 탑 10 생방무대를 거치며 다이어트에 성공하고 외모가 업그레이드되었다는 평을 받으며 여성팬들의 지지를 얻었다. 출중한 외모와 가창력을 바탕으로 생방송 경연이 진행될수록 좋은 반응을 얻으며 역전 우승을 차지했다. 이런 사례 덕분에 후의 시리즈들에서 초반에 다른 우승 후보들에 비해 상대적으로 덜 주목받으나 외적으로 가능성이 있어보이는 후보자들에게 '서인국처럼 후반부에 치고 올라갈 것 같다.'는 예상을 하는 시청자들이 종종 나타났다. 재밌는건 이 때 박소현은 서인국이 노래 부르는 모습을 실제로 보고 뭘해도 다 잘 어울리겠다며 연기할 생각은 없는지 궁금해 했다는 것.

이후 2009년 성시경, 박효신, 김형중 등이 소속되어 있던 젤리피쉬엔터테인먼트와 계약을 하고 공식적인 가수 활동을 시작하였다. 데뷔 초기의 <부른다>, <사랑해 U> 는 신인임에도 발매하자마자 멜론 등 음원사이트 1위를 차지하며 주목을 받았다. 하지만 지상파 채널들의 케이블 채널 견제로 인해, 지상파 음악 프로그램에 자주 출연하지 못하는 설움을 겪었고 같은 소속사 선배인 성시경은 라디오에서 서인국이 직접 출연했을때나 그를 언급을 해야 할 때나, 대놓고 지상파의 지나친 케이블 출신 견제를 언급하고는 했다. 견제에도 불구하고 서인국은 2010년에 KBS 해피선데이 남자의 자격 합창단, 2012년 뮤지컬 광화문 연가 등을 통해 활동영역을 천천히 넓혀 나갔으며 응답하라 1997의 성공으로 지상파 음악방송에 자유롭게 출연할 수 있게 되었다.