2012 war Pernille Blume Teil der dänischen Mannschaft für die Olympischen Spiele in London. Bei ihren Einzelstarts über 50 m Freistil, 100 m Freistil sowie 200 m Freistil schied sie jeweils im Vorlauf aus. Mit den beiden 4×100-m-Staffeln erreichte sie die Finalläufe und belegte mit neuen dänischen Landesrekorden über 4×100 m Freistil Rang 6 sowie über 4×100 m Lagen Rang 7. Bei den Kurzbahneuropameisterschaften 2012 in Chartres erreichte sie das Finale über 100 m Freistil und wurde Sechste; außerdem wurde sie Europameisterin über 4×50 m Freistil und 4×50 m Lagen. Zwei weitere Medaillen gewann sie bei den Kurzbahnweltmeisterschaften in Istanbul mit Gold in Europarekord über 4×100 m Lagen und Bronze über 4×100 m Freistil.