2013年3月31日、開幕3戦目の東京ヤクルトスワローズ戦（明治神宮野球場）でプロ初登板・初先発。6回を3安打2失点（自責点1）、7奪三振と好投したものの打線が無得点で敗戦投手となったが、高卒新人の開幕3戦目での先発登板は、ドラフト制施行以降では開幕4戦目に先発した松坂大輔・涌井秀章（いずれも西武=当時）を抜き史上最速となった。本来は先発予定だった4月7日の対広島東洋カープ戦では、雨の影響で前日に先発予定だった岩田稔がスライド先発登板し、初のリリーフ登板を経験。2度目の先発登板となった4月14日の対横浜DeNAベイスターズ戦（阪神甲子園球場）で6回を被安打5, 4奪三振で無失点に抑えプロ初勝利を挙げた。4月は1962年の尾崎行雄と並ぶ高卒新人史上最多タイ（尾崎は高校中退のため、正確には高校3年生と同年齢での記録）となる3勝を挙げ、ドラフト制導入以降では史上初の記録となった。5月11日には背中の張りで登録を抹消されたが、復帰後の5月26日の対北海道日本ハムファイターズ戦（甲子園）では、高校3年のセンバツ以来となる大谷翔平との対戦が実現。5月末に4勝目を挙げた後、1か月近く勝利から遠ざかっていたが、7月14日の対DeNA戦（甲子園）で6勝目を挙げた。ドラフト制施行以降で、高卒新人がオールスター前に6勝を挙げたのは、2007年に田中将大が7勝して以来史上5人目、セントラル・リーグでは1967年に江夏豊が7勝して以来3人目であった。監督推薦でオールスターに選出され、2回を2安打無失点に抑えた。8月11日の対中日ドラゴンズ戦（ナゴヤドーム）ではプロ入り最多の投球回と投球数の9回132球2安打無失点で抑え、延長10回表に打線が勝ち越して勝利し、セ・リーグでは1967年の江夏豊以来となる高卒新人での5球団からの勝利を挙げた。さらに8月31日の対広島戦（甲子園）で、6回1失点で勝利投手となり、10勝目を挙げた。セ・リーグで高卒新人がシーズン10勝を挙げたのは、1967年の江夏豊以来46年ぶり5人目であった。8月には4勝・防御率1.09を記録し月間MVPに選ばれた。高卒新人が月間MVPを受賞するのは、セ・リーグでは、1987年8月の近藤真一以来、史上2人目。また、5月・6月に能見篤史、7月にランディ・メッセンジャーが月間MVPを受賞していたため、藤浪の受賞により阪神の投手が4か月連続で受賞となった。同一球団の投手が月間MVPを4か月連続で受賞するのは、同期間に4か月連続でパシフィック・リーグの月間MVPを受賞した東北楽天ゴールデンイーグルスの田中将大と共に史上初であった。9月7日の対巨人戦（甲子園）で7回4失点で敗戦投手となり、高校時代から続いていた甲子園での連勝記録が14（16戦）でストップするなど、9月以降は不調で勝ち星を上乗せできず、またチーム方針による球数制限が敷かれたことで、最終的に規定投球回（144回）に6回1/3達しなかった。セ・リーグでは、1967年の江夏豊以来46年ぶりとなる5人目の高卒新人10勝を記録し、日本シリーズ後の記者投票で藤浪が新人王に選ばれなかった場合に連盟で特別表彰することを発表した。クライマックスシリーズ (CS) ファーストステージでは、対広島戦のシーズン成績が2戦2勝（防御率0.75）だったことなどから、10月12日の第1戦（甲子園）で先発。ポストシーズン初戦で先発した高卒新人は史上初だったが、5回4失点で降板し、チームも試合に敗れた。シーズン終了後の11月23日には、甲子園球場で開かれたファン感謝デーで、ヤナセ・阪神タイガースMVP賞、フレッシュ大賞、阪神タイガース新人特別賞、敢闘賞を受賞。副賞として賞金1,000万円とメルセデス・ベンツの自家用車が贈られた。同月25日には、ミキハウス・サンスポMVP表彰&ファン交歓会に出席、史上最年少でMVP大賞を受賞し、賞金100万円が贈られた。同月26日、プロ野球コンベンションで小川泰弘が新人王に選ばれたため、前述の発表に沿って、セ・リーグから連盟特別表彰として菅野智之と共に新人特別賞を受けた。12月3日には3倍増の年俸4,500万円（推定金額）で契約を更改した。2014年3月8日のオープン戦の対日本ハム戦（甲子園）で、先発投手として登板した大谷と高校3年のセンバツ以来2年ぶりに投げ合ったが、5回5失点で敗戦投手になった。一軍開幕直前の3月25日には、調整の一環でプロ入り後初めてウエスタン・リーグの公式戦（ナゴヤ球場の対中日戦）へ登板した。シーズン初登板となった開幕4戦目、4月1日の対中日戦（京セラドーム大阪）では、8回途中6失点で敗戦投手となった。4月15日の対広島戦（マツダスタジアム）では、6回表の第3打席で九里亜蓮から右中間にプロ初本塁打を記録し、7回を2失点に抑えシーズン初勝利。5月14日の対広島戦（米子市民球場）では、7イニングを投げてプロ入り後初の2桁奪三振（10奪三振）を記録。5月20日の対オリックス戦（京セラドーム大阪）では、2イニングを6失点（自責点4）の内容でプロ入り後、最短降板で3敗目を喫したが、6月17日の対日本ハム戦（甲子園）では、8回を投げて自己最多の13奪三振を記録した。オールスターゲームには、監督推薦で前年に続いて選出。7月15日の対中日戦（ナゴヤドーム）で、9回を自己最多タイの13奪三振1失点（自責点0）でプロ初完投勝利を記録。阪神甲子園球場の開場90周年となった8月1日の対DeNA戦では7イニングを投げ、11被安打10奪三振4失点で勝ち負けつかずの内容（試合は延長10回に阪神がサヨナラ勝利）だったが、江夏豊、村山実らに並ぶ球団タイの7者連続三振を記録した。9月19日の対中日戦（甲子園）で、7回3失点（自責点1）で勝利投手となり10勝目を挙げた。高卒1年目からの2年連続2桁勝利は2000年の松坂大輔以来14年ぶり、セ・リーグでは1968年の江夏豊以来46年ぶり。阪神では江夏以来2人目となった。ポストシーズンでは巨人とのCSファイナルステージでは第1戦（東京ドーム）の先発しを任され6回まで無失点に抑える。7回に阿部慎之助にソロ本塁打を打たれ、さらに3連打で無死満塁とされたものの代打フレデリク・セペダを一塁併殺打、次の代打・井端弘和を一塁フライに打ち取り抑えて7回6被安打1失点の内容でポストシーズン初勝利を挙げた。なお、20歳6か月でのCSでの勝利投手はセ・リーグ最年少記録（パ・リーグCSおよびプレーオフを含めると史上5番目）、日本シリーズを含めたポストシーズンでは1962年の村山実を更新する球団最年少記録となった。オフの10月9日に、日米野球2014の日本代表に選出された。また10月21日には、日本プロ野球80周年記念試合の阪神・巨人連合チームにも選出された。12月5日に4,000万円増の年俸8,500万円で契約を更改した。2015年は、開幕前の2月16日に「GLOBAL BASEBALL MATCH 2015 侍ジャパン 対 欧州代表」の日本代表に選出された。3月10日の第1戦に3番手として登板し、2回を投げている。シーズンでは5月20日の対巨人戦（甲子園）でプロ初完封勝利を挙げた。また、5月27日の対楽天戦（甲子園）では、自身最多イニングとなる10回を投げ、無失点の好投をした。6月3日の対ロッテ戦（甲子園）では、5月14日のヤクルト戦（神宮）から続くシーズン連続イニング無失点記録を26にまで伸ばしている中での登板となった。しかし7回途中、野手の失策により失点を許し、連続イニング無失点記録は32でストップとなった。オールスターゲームには監督推薦で3年連続の出場。3回を完全に抑えて投手では21歳3カ月の最年少でMVPを受賞している。8月14日の対ヤクルト戦（神宮）で7回2失点に抑え3年連続の二桁勝利を達成。高卒1年目から3年連続の二桁勝利は2001年の松坂大輔以来14年ぶりの史上9人目、セ・リーグでは1969年の江夏豊以来46年ぶりの史上3人目。また、9月15日の対中日戦（甲子園）では亀澤恭平を空振り三振にとり、シーズン200奪三振を達成した。高卒3年目でのシーズン200奪三振は、ダルビッシュ有以来の快挙となった。10月9日に第1回WBSCプレミア12の最終ロースター28名に選出された事が発表された。阪神からは唯一の選出で、代表では背番号17を付けることを予定していた。しかし、レギュラーシーズンの終盤から右肩に炎症が起こっていることを踏まえ、10月22日に出場辞退が発表される。また、藤浪に代わって小川泰弘（ヤクルト）を日本代表へ招集することが発表された。12月19日に倍増の年俸1億7,000万円で契約を更改。入団4年目の選手としては球団史上最高額となった。2016年は、3月29日に対ヤクルト戦（神宮球場）でシーズン初登板。シーズンオフでの右肩の炎症があり、オープン戦でも不調だったが、9回途中2失点（自責1）で勝利投手となった。4月12日の対DeNA戦（甲子園）では、プロ初の三塁打を放ち、この試合までで3戦3勝と順調な滑り出しを見せたが、この次の登板以降は6試合勝ちが付かないなど精彩を欠いた。7月8日の対広島13回戦（甲子園）では、立ち上がりに四死球を絡めて失点し、そのまま崩れてしまうという投球を数試合続けていた藤浪に161球を投げさせるという監督・金本知憲による采配があり、議論を呼んだ。オールスターゲームには4年連続で監督推薦で出場した。7月29日での対中日16回戦（甲子園）では、史上19人目となる1イニング4奪三振を達成した。8月5日の対ヤクルト戦（神宮）で64日ぶりに勝利投手になり、阪神の高卒新人では最速となる95試合目での通算40勝目を達成するなど、シーズン最終盤では立ち直る気配を見せたもののシーズン全体として不振が続いたため、前年の半分となる7勝に終わり、入団からの連続二桁勝利は3年で途切れた。オフの10月18日に「侍ジャパン 野球オランダ代表 野球メキシコ代表 強化試合」の日本代表に選出された。2017年、1月24日に第4回WBC日本代表に選出された。3月10日に行われた1次ラウンド中国戦に先発の武田翔太に続く第二先発としてWBC初登板を果たし、4者連続三振を奪うなどしたものの同時に2つの四死球を与えるなど安定感を欠き、結局それ以降当大会での登板はなかった。シーズンでは、WBCの影響による調整不足が不安視される中、当初の予定通り4月4日の対ヤクルト戦（京セラドーム）でシーズン初登板。5回2失点で敗戦投手となった。序盤では7試合に先発として登板し、3勝3敗、防御率2.66という数字を残すも平均投球回が６回を満たさない上に36四死球を出すなど制球難に陥り5月27日に登録抹消した。成績不振による再調整は自身初となった。8月16日に2ヶ月半ぶりの復帰となった広島戦（京セラドーム大阪）で一軍・先発登板を任されるも4回2/3で与四球5・与死球2（大瀬良大地と菊池涼介）を全て右打者に与える結果となり投手交代。翌8月17日に再度登録抹消となった。10日後の8月27日に再昇格し、東京ドームの巨人戦に先発。6回まで無失点に抑えるが、7回1アウトから村田修一に死球を与えたのをきっかけに6失点（藤浪本人の自責点は3）を喫し敗戦投手になった。9月5日の広島戦（マツダスタジアム）に先発するが、3回に丸佳浩に死球を与え、4回終了時点で降板。9月12日の巨人戦（甲子園）でも、4回に坂本勇人に死球を与え降板した。この試合がレギュラーシーズン最後の登板となり、前年すら下回る3勝に終わった。クライマックスシリーズでは第3戦の6回から、4年ぶり2度目のリリーフ登板を果たし、2回を1安打無失点に抑えた。オフには前年から4000万円減の推定1億2000万円で契約を更改した。2018年、開幕2戦目となった3月31日の巨人戦（東京ドーム）でシーズン初登板を果たしたが、5回4失点で勝ち負けは付かず。6月15日の楽天戦（楽天生命パーク宮城）で6回9奪三振無失点と好投しシーズン初勝利を挙げ、2017年5月4日以来の勝利投手となったものの、制球難を克服するまでには至らず基本的に不安定な投球が続き一軍と二軍との昇降格を繰り返した。7月27日の降格後はおよそ1ヶ月半の間二軍調整に徹し、9月16日に一軍に昇格。昇格即先発となった16日の対DeNA戦（横浜）で、7月26日の対広島戦（甲子園）以来52日ぶりに一軍登板し、6月27日の対DeNA戦（横浜）以来81日ぶりとなる3勝目を挙げた。この試合では田中健二朗からシーズン初安打となる左翼スタンドへの満塁本塁打を記録。投手による満塁本塁打はバルビーノ・ガルベス（当時巨人）が1999年8月13日に横浜戦（横浜）で放って以来19年ぶり、通算19本目の快挙であった。その後、22日の対広島戦（マツダ）では6回7安打4失点で4勝目、29日の対中日戦（ナゴヤ）では9回を5安打無失点で投げ抜き、自身2年ぶりとなる完封で5勝目を挙げた。なお、この勝利で通算50勝に到達。高卒6年目以内での50勝到達は球団では江夏豊（3年目：1969年）以来2人目で右投手では球団史上最速であった。オフには3600万円減の8400万円で契約を更改した（金額は推定）。