Sơn Tùng M-TP đã chia sẻ với fan trên mạng xã hội Facebook về việc anh sẽ cho ra mắt một bài hát mới và sẽ chính thức giới thiệu ca khúc này trong buổi họp mặt fan vào ngày 21 tháng 11. "Buông đôi tay nhau ra" chính thức ra mắt vào ngày 20 tháng 11 năm 2015. Trước đó, bản audio của ca khúc đã cán mốc năm triệu lượt nghe chỉ sau một ngày.[4] Sau khi ra mắt MV, Sơn Tùng M-TP tiếp tục chuẩn bị cho liveshow M-TP Ambition - Chuyến bay đầu tiên được diễn ra tại Thành phố Hồ Chí Minh vào ngày 5 tháng 12 với sự góp mặt của hai khách mời là ca sĩ Thu Phương và rapper LK.[1] Sơn Tùng M-TP đã trình diễn bài hát này trong lễ trao giải Làn Sóng Xanh năm 2015,[5] và trong liveshow 3 của Hòa âm Ánh sáng (mùa 2).[6] MV "Buông đôi tay nhau ra" cũng được đề cử giải Cống hiến 2016.[7]