À Singapour, treizième sur la grille de départ, il subit une crevaison dès le premier tour et repart dernier. Il se classe huitième après un dépassement musclé sur la Williams de son compatriote Bruno Senna. Au Japon, il se classe deuxième et obtient son premier podium depuis le Grand Prix de Corée du Sud 2010. Revigoré par son podium, il se classe quatrième, juste derrière Alonso, en Corée du Sud. Bien que plus rapide que son coéquipier en fin de course, il reste derrière lui pour préserver les chances de celui-ci au championnat du monde. Le 17 octobre, son contrat est prolongé d'un an. En Inde, qualifié en sixième position, il conserve cette place en course, contraint d'économiser son carburant à cause d'une mauvaise estimation de ses ingénieurs. À Abou Dabi, après un accrochage avec Mark Webber qui le fait partir en tête-à-queue, il finit la course en septième position et, profitant des abandons de Nico Rosberg et de Romain Grosjean, passe à la septième place du championnat du monde. Au Texas, plus rapide tout au long de la séance de qualifications que son coéquipier, il se qualifie à la septième place quand Alonso est neuvième, mais part onzième après une pénalité pour changement de boîte, pour qu'Alonso puisse profiter du côté propre de la piste. En course, constamment dans le rythme des leaders Sebastian Vettel et Lewis Hamilton, il se classe quatrième de la course, derrière son coéquipier. Pour son Grand Prix national, il se qualifie en cinquième position, à nouveau devant son coéquipier. Sous la pluie battante, Massa bataille tout au long de la course pour préserver les chances de titre de son coéquipier, lui laissant même la deuxième place en vue de l'arrivée, en vain. Il se classe troisième derrière son chef de file et termine septième du championnat du monde avec 122 points.