추예진, 이수민, 정해림, 최유정과 함께 판타지오 연습생으로 참가하였다.

비주얼이 뛰어난 다른 연습생들을 보고 최유정이 "나 어떻게 생겼어?"라고 묻자, "최유정."이라고 답하는 시크함을 보여주었다.[7]

여자친구의 유리구슬 (Glass Bead)을 선보였으며, B등급을 배정받았다.

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그룹 배틀 평가에서 f(x)의 '라차타'를 선곡했고 팀원으로 마은진[8] 성혜민, 심채은, 김윤지와 함께 무대를 꾸몄는데, 우월한 비주얼을 보여주며 시청자들의 주목을 받았고, 최다 득표와 함께 우승해 베네핏 1000표를 가져갔다. 온라인의 반응도 크리스탈이 생각난다는 평가와 함께 순위도 껑충 뛰었다. 그런데 김도연 본인은 이때 자신이 너무 살쪄 보였다고 이 무대를 그다지 마음에 들어하지는 않았다고 했다.[9]

연습생들이 뽑은 프로듀스 101 비주얼 랭킹 3위에 안착했다. 응 씨 카이는 전지현 같은 느낌이라고 극찬했고, 강시라는 차가워 보이지만 순수한 매력이 있다며 극찬했다.

이때까지 공개된 순위는 13위.

김서경, 김청하, 권은빈, 김다니, 전소미, 최유정과 함께 Bang Bang 무대를 보여주었다. 실력 있는 연습생들이 많이 모인 팀인만큼 완성도 있는 무대를 선보였다.

방송 전 직캠이 선공개되었는데, 역시나 저번 무대와 마찬가지로 훌륭한 비주얼로 팬들의 찬사를 받았다.

B1A4 진영이 작곡한 같은 곳에서를 선택하였으며, 팀원들의 투표로 센터에 낙점되었다. 김소희와 센터를 놓고 경쟁을 했는데 팀원들은 김도연을 선호했다.

그리고 7위로 드디어 11위 안에 공식적 순위 발표식에 안착했다. 팬들은 적은 분량에도 불구하고 '이 정도면 상당히 선방했다'는 반응을 보였다.

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같은 곳에서의 센터로 낙점되어 안정적으로 무대를 소화했다. 노래를 부르면서 감정이 북받쳤는지 엔딩컷에 눈물을 글썽이는 모습이 포착되었다. 이때의 엔딩이 인상 깊었는지 10회 순위 발표식에서 장대표가 재연을 부탁했다.

그런데 센터 포지션인데다가 무대를 훌륭하게 소화했음에도 불구하고, 무대에서조차 카메라를 잡아주지 않아 팬들의 원성을 샀다. 하지만 그럼에도 불구하고 소녀온탑 팀이 1등을 차지해 베네핏을 받았다.

'1인 1픽'의 최대 피해자 중 하나로[10], 저번 7위에서 베네핏을 먹고도 11위로 도로 떨어졌다. 그것도 베네핏이 들어간 상태였기 때문에 이를 빼면 15위. 앞서 언급했던 것처럼 지나치게 적은 분량 때문에 생긴 참사로 보인다.

저번 회에서 베네핏을 받고도 11위로 하락한 것이 팬들에게 결집동기가 되었는지 최종 순위 8등으로 데뷔가 확정되었다.

여담으로 장근석의 설명 자체가 '텔레비전에 다 담기지 못하는 자체 발광 미모로 국민 프로듀서님들의 마음에 불을 지핀 연습생'이었으니, 엠넷에서도 김도연의 짠한 방송 분량을 어느 정도 의식하고 있었던 듯하다.

소속사와 본인의 이름이 호명되자, 첫 번째 순위 발표식 때처럼 같은 소속사 연습생인 최유정과 포옹을 하며 감동을 나누는 장면이 잡혔다. 이때까지 순위 발표식에서 덤덤했지만 다소 떨어진 등수에서 다시 올라온 기쁨 덕분인지 참아오던 눈물을 보였다. 실제로도 자신이 떨어질 줄 알았다고.

전소미에 비빌 역량을 가진 연습생임에도 불구하고 분량 때문에 자신의 이름을 알리는 데 난항을 겪어 8등이 된 것이다. 그래도 역량은 역량이기에 고작 이 정도밖에 분량이 없음에도 불구하고 끝내 뚫고 데뷔했다.

프로듀스 101 촬영 내내 높은 순위에 비해 방송 분량이 매우 적은 멤버였다. 비주얼도 좋고 실력도 훌륭한데다 인성까지 좋아서 밉보일 이유가 없는데 왜 방송에 안 잡아주는지 모르겠다며 팬들이 분통을 터뜨리곤 했다. 하지만 방송이 계속되면서 팬들을 결집시키는 자극제가 되었는지 미미한 분량에도 불구하고 끝내 살아남아 데뷔를 하게 되었다. 본인도 프로듀스 101 당시 분량이 적었던 게 꽤 스트레스였는지 랜선친구 I.O.I 1회에서 미션 1위 보상으로 편집 요구권을 받자 "제가 분량에 한이 많아가지고..." 라는 멘트와 함께 독자적 분량을 요청하기도 했다.

사실 프로듀스 101의 PD인 한동철은 매우 편파적인 인물로 자기 취향에 맞춰 참가자들의 분량을 몰아주는 아주 악질 PD이다. 그런 한동철식 오디션 예능 프로그램답게 한동철에게 찍히면 분량이 계속 줄어드는데[11] 김도연도 한동철에게 찍혔다. 그럼에도 불구하고 김도연은 그걸 모두 이겨냈고 결국 I.O.I에 선발되는 데에 성공했다. 프로듀스 101 최종선발에서 김도연의 등수가 다소 낮은 것은 한동철식 밀어주기의 영향 때문이지 김도연 본인이 자신보다 높은 등수의 7명보다 결코 못한 것이 아니다. 특히 소녀온탑에서는 아주 돋보이는 면모를 보여주었다.

그리고 그 한동철 PD는 이후 믹스나인에서도 PD가 되었는데 거기서도 또 악마질을 해대서 프로듀스 101에 참가한 적이 있는 믹스나인 참가자들을 또다시 대거 탈락시키는 악명을 떨쳤다. 그러니까 김도연이 대단한 것은 I.O.I에 선발된 것보다도, 이대휘, 남유진[12]과 더불어 한동철의 마수에서 살아남은 3명의 참가자중 한 명이라는 점이다. 그 쟁쟁한 관록의 허찬미도, 베네핏을 받은 김시현도 한동철의 마수에서 살아남는데에 실패했다.