2013年4月，李洪基与日本女星藤井美菜参加MBC综艺《我们结婚了世界版》[19]  ；同年5月，主演韩国电影《炙热的告别》，李洪基在影片中饰演因被卷入暴力事件从而被决定进行义工活动的“忠义”[4]  ；同年10月，为SBS水木剧《继承者们》演唱主题曲《话说》[5]  。

2014年2月，出演TV朝鲜电视台周末剧《百年的新娘》，李洪基在剧中饰演集团继承人“崔姜洙”，并演唱主题曲《未说出口的话》[6]  ；同年8月，出演音乐剧《吸血鬼》饰演男主角“德古拉”[7]  ；同年10月18日，李洪基主演SBS周末剧《摩登农夫》，剧中饰演天才摇滚音乐人“李闵基”[8]  ；同年12月31日，李洪基客串韩国电影《偷狗的完美方法》[20]  。

2015年11月18日，正式solo出道，发行首张迷你专辑《FM302》，《FM302》的名字由收音机调制方式FM和李洪基的生日3月2日组成，表示每个不同的频段都有自身独特音乐特色的意义[9]  ，主打歌《后知后觉》是一首彰显李洪基哀切的音色与极具号召力的嗓音的抒情歌，表达了分手后仍无法忘却恋人的男子内心的悲伤之情；同年12月9日，在日本发行首张正规专辑《AM302》，并收录了日语主打歌《モノローグ》以及韩文歌曲《Miss X-Mas》等8首风格多样的歌曲。