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2012-14: Segundo álbum 'AM' y éxito en España
En 2012, firmó un contrato discográfico con el sello Sony Music Spain, con el que lanzó el 12 de noviembre de 2013 su segundo álbum de estudio, titulado AM. Con este álbum, grabado en Madrid y Miami, dio un giro a su estilo, incluyendo, además de baladas, temas pop y electropop latino y fusionando los idiomas inglés y español en sus canciones. En su primera semana en venta, AM fue el sexto álbum más vendido en España, recibiendo la certificación de Disco de Oro. El primer sencillo, «Señorita», incrementó su popularidad en las redes sociales y su repercusión en varios países de Hispanoamérica y algunos de Europa. En sus primeros días, la canción se ubicó entre los tres sencillos más vendidos en las listas de ventas de España, y permaneció como una de las más vendidas por más de 40 semanas, obteniendo la certificación de Disco de Oro. El videoclip de esta canción se convirtió en el video musical más visto en España en Youtube en el 2013. Mateo fue invitado a cantar «Señorita» en la Gala de Premios Juventud, evento que organiza anualmente el canal estadounidense de habla hispana Univision, y que tuvo lugar en julio de 2013 en el BankUnited Center de Miami, compartiendo escenario con Jennifer López, Marc Anthony, Ricky Martin, Pitbull y otros artistas. El segundo sencillo, «Girlfriend», se estrenó a finales de octubre de 2013, y en su semana de debut se posicionó en el 15° lugar del listado de ventas español. El tercer sencillo, «Lánzalo», publicado en marzo de 2014, se convirtió en el segundo más vendido en su semana de debut en España. Otros temas destacados del álbum "AM" fueron «Get the phone» y «Más de mil años», de su propia autoría, «Me gustas», de su productor Calderón, así como «Undercover», compuesto por Conor Maynard.
La gira promocional de "AM" comenzó en febrero de 2014 en Burjasot y finalizó en octubre del mismo año, tras casi 40 conciertos con lleno total a todo lo largo de la geografía española. De abril a julio de 2014, fue telonero de la banda británica-irlandesa One Direction en su gira Where We Are Tour en Latinoamérica y España. Abrió los conciertos de One Direction en Lima en el Estadio Nacional del Perú, en Santiago de Chile en el Estadio Nacional (dos shows), en Barcelona en el Estadio Olímpico Lluís Companys y, por último, en Madrid en el Estadio Santiago Bernabéu (dos shows). En octubre del mismo año, junto a las bandas británicas The Vamps y Union J, encabezó el cartel del concierto multitudinario organizado por la compañía Coca Cola, en el Palacio de los Deportes de Madrid. En noviembre de 2014 realizó sus primeros conciertos en Latinoamérica, en la Sala Omnium de Santiago de Chile y en el mítico Estadio Luna Park de Buenos Aires, Argentina ante miles de espectadores. También en noviembre de ese año salió a la venta en España su primera biografía oficial titulada Abraham Mateo. I AM, publicada por la Editorial Montena de Penguin Random House Grupo Editorial.