Stjärnan bar en Gary Barlow mask när han började spela Can It Be Magic på ett piano på köpcentret Cabot Circus.
Shoppers som såg den mystiska artisten blev förvånade när han avslöjade sin sanna identitet och sjöng hitlåten.
Den 45-årige underhållaren är känd för överraskande fans - 2015 "krabbade" han ett antal bröllop.
Hundratals människor hade snart samlats för att titta på den tidigare X Factor domare i centrum köpcentret, med många inlägg videor och fotografier av föreställningen på sociala medier.
När nyheten om konserten spred sig twittrade folk runt om i Storbritannien stjärnan för att be honom att närvara vid bröllop, födelsedagsfester - och andra köpcentra.
2015 lovade Barlow att sjunga på tre fans bröllop - men fortsatte att sjunga på mer.
Bland dem var Natalie Purkis, som blev förvånad när stjärnan dök upp vid hennes bröllopsmottagning i Oxfordshire på begäran av sin man Martin.
Barlow tweetade senare: "Jag kommer att se tillbaka med glädje på 2015 som året för bröllopskraschen!"
Ta den där stjärnan Gary Barlow överraskade shopparna i Bristol med en improviserad konsert som började med att han bar en förklädnad... som sig själv.