ต้อลตัดสินใจสมัครคัดเลือกในเข้าแข่งขันในรายการทรู อะคาเดมี แฟนเทเชีย ฤดูกาลที่ 4 โดยสมัครเข้าออดิชันจากภาคเหนือ ซึ่งเป็นบ้านเกิดของต้อล ต้อลผ่านเข้ารอบ 100 คน และเข้ามาออดิชั่นรอบสุดท้ายที่ โรงแรมโซฟิเทล กรุงเทพ ในวันที่ 29 เมษายน 2550 และในวันนั้น ต้อลก็ได้ก้าวเข้าสู่รอบ 20 คนสุดท้ายของรายการ โดยได้รับรหัสประจำตัวที่ใช้ในการแข่งขันคือ V9

17 มิถุนายน 2550 ต้อลและเพื่อนๆ อีก 19 คน ก็ได้เดินทางเข้าสู่บ้านแมกโนเลียส์ เพื่อแข่งขันในรายการทรู อะคาเดมี แฟนเทเชีย ฤดูกาลที่ 4 อย่างเป็นทางการ

หลังจากที่ผ่านการแข่งขันมา 12 สัปดาห์เต็ม ในวันที่ 8 กันยายน 2550 ซึ่งเป็นวันตัดสิน ต้อล วันธงชัยก็ได้รับคะแนนจากการโหวตมากเป็นลำดับที่ 2 ทำให้ต้อลได้ตำแหน่งรองอันดับหนึ่งในการแข่งขัน ทรู อะคาเดมี แฟนเทเชีย ในฤดูกาลที่ 4 ไป