I 2009 fik McHale sin rolle som Artie Abrams i Fox musikalske komedie-dramaserie "Glee". Hans karakter, der bruger kørestol efter en bilulykke, slutter sig til McKinley High Glee Club i den første episode. Han havde sin første solo optræden på showet, da han sang "Dancing with Myself" i episoden "Wheels". I episoden "Dream On", dansede han i en fantasi sekvens til "The Safety Dance", og sang "Dream a Little Dream of Me". I anden sæson episode "&lt;a href="Britney/Brittany"&gt;Britney/Brittany&lt;/a&gt;", sang han en solo (i en drøm sekvens) af "Stronger", efter at være bedøvet for tandkirurgi. Han dansede også i en drøm sekvens sammen med Harry Shum, Jr. til Michael Jacksons sang "Scream" i tredje sæson episode "Michael". McHale, sammen med hovedrollerne i serien, blev nomineret til Screen Actors Guild Award for Outstanding Performance af et Ensemble i en komedie serie fire gange,
Vinder i 2010.