Đầu tháng 9/2010, nghi vấn Đông Nhi và Ông Cao Thắng hẹn hò xuất hiện trên các mặt báo khi nam ca sĩ đảm nhận vai trò diễn viên minh họa trong MV của Đông Nhi.
Tháng 11/2010, khán giả chứng kiến lần đầu Đông Nhi kết hợp cùng Ông Cao Thắng trên sân khấu ca nhạc chuyên nghiệp trong chương trình Vstar Concert. Những cử chỉ tình cảm mà cả hai dành cho nhau khiến không ít khán giả tin rằng Đông Nhi và Ông Cao Thắng đang thực sự hẹn hò.
Vào dịp Valentine 2011, Đông Nhi và Ông Cao Thắng cho ra mắt sản phẩm chung mang tên Tình yêu đôi lứa. Một lần nữa, nghi vấn hẹn hò của cả hai lại ồn ào trên các mặt báo, nhưng Đông Nhi và Ông Cao Thắng đã phủ nhận. Tuy nhiên, vào tháng 9/2011, Đông Nhi thừa nhận mối quan hệ với Ông Cao Thắng trong một bài phỏng vấn. Sản phẩm ra mắt ngay sau đó của Đông Nhi - MV Có những yêu thương nào - ngập tràn những cảnh quay tình tứ của cả hai.
Đầu năm 2012, Ông Cao Thắng cho ra mắt MV Hãy cho anh cơ hội, và vai nữ chính không ai khác ngoài người bạn gái của mình.
Tháng 8/2013, Đông Nhi tổ chức một buổi họp mừng sinh nhật 5 năm cộng đồng fan của mình. Tại đây, Đông Nhi và Ông Cao Thắng đã khiến người hâm mộ “bấn loạn” khi dành cho nhau nụ hôn ngọt ngào.
Vào dịp Valentine năm 2014, Đông Nhi và MV phát hành ca khúc song ca Cất giấu ký ức. Điểm nhấn của MV là những cảnh quay Đông Nhi – Ông Cao Thắng cùng thể hiện ngôn ngữ cơ thể để diễn tả tâm trạng của hai người yêu nhau nhưng không thể bên nhau. MV có những cảnh quay táo bạo, nóng bỏng của cả hai.
Năm 2015, Đông Nhi tham gia chương trình The Remix. Trong quãng thời gian này, Ông Cao Thắng luôn ở bên cạnh bạn gái để chăm sóc và động viên cô. Cũng trong 2015, Đông Nhi và Ông Cao Thắng tung MV Ta là của nhau để nói về chuyện tình của cả hai.
Sự thấu hiểu, tâm đầu ý hợp của cả hai còn được thể hiện khi giữ vị trí Huấn luyện viên của chương trình Giọng hát Việt nhí 2016. Cũng trong năm 2016, cả hai có MV kết hợp I wanna be your love kỷ niệm 7 năm yêu nhau. MV được thực hiện ở Nhật Bản với những cảnh quay đẹp như mơ.
Trong năm 2017, Đông Nhi đã úp mở về chuyện đám cưới. Cô cho...