Payne pertama kali mengikuti audisi ''[[The X Factor (Britania Raya)|The X Factor]]'' musim kelima dipada tahun 2008 saat usianya 14 tahun. Payne maju ke babak selanjutnya setelah menampilkan Fly Me To The Moon dari [[Frank Sinatra]]. Dia gagal di panggung Boot Camp, tetapi [[Simon Cowell]], yang kemudian berubah pikiran dan meloloskannya ke babak rumah juri.<ref>{{cite news|url=http://www.expressandstar.com/entertainment/2010/09/06/liam-payne-shows-he-has-the-x-factor/|title=Liam Payne shows he has the X Factor|newspaper=Wolverhampton Express And Star|date=6 September 2010|accessdate=26 November 2015}}</ref> Payne gagal lagi di tahap rumah juri, tetapi Cowell memintanya untuk "kembali dua tahun kemudian".<ref>{{cite episode
| title = Episode 1
| series = The X Factor (series 5)
Baris 46:
}}</ref>
Dia datang kembali di ''X Factor'' musim ketujuh dipada tahun 2010. Dia menyanyikan [https://m.youtube.com/watch?v=yopNkcDzQQw Cry Me A River] versi [[Michael Bublé]], dan mendapat empat ya dan tepuk tangan berdiri dari Cowell. Dia gagal untuk maju di kategori "Boys" ke tahap rumah juri, tapi setelah saran dari [[Nicole Scherzinger]] dan [[Simon Cowell]], mereka disatukan untuk membentuk sebuah grup beranggotakan lima orang di [[Stadion Wembley]], selama tahap bootcamp di kompetisi ini, yang masuk ke kategori Grup.<ref>{{cite web|last=Kelly |first=Kristy |url=http://www.digitalspy.com/british-tv/s103/the-x-factor/news/a331792/nicole-scherzinger-i-did-simon-cowell-a-favor-with-one-direction.html#~piG1xvJl9hf7cy |title=Nicole Scherzinger: 'I did Simon Cowell a favour with One Direction' |work=Digital Spy |date=26 July 2011 |accessdate=20 October 2015}}</ref> Grup ini secara cepat mendapatkan popularitas di Inggris, dan selesai di posisi ketiga.<ref>{{cite news | first = Mayer | last = Nissim |url= http://www.digitalspy.co.uk/music/s103/the-x-factor/news/a300729/one-direction-get-gbp2m-syco-investment.html | title= One Direction 'get £2m Syco investment' | work= [[Digital Spy]] | publisher = Hearst | place = UK | date=28 January 2011|accessdate=23 October 2011}}</ref>
[[Berkas:One Direction X Factor Live Glasgow.jpg|jmpl|Payne dengan One Direction di ''The X Factor'' Live tour pada tahun 2011]]
