Après la pause estivale, Romain Grosjean se qualifie huitième pour le Grand Prix de Belgique. Au départ, il provoque un carambolage dont les victimes sont Lewis Hamilton, Fernando Alonso, Kamui Kobayashi et Sergio Pérez ; il est sanctionné par les commissaires de course qui lui infligent une amende de et le suspendent pour le Grand Prix d'Italie où il est remplacé par le Belge Jérôme d'Ambrosio. À Singapour, il s'élance de la huitième position sur la grille et termine septième. Au Japon, quatrième sur la grille de départ à la suite de la pénalité de Jenson Button, il percute Mark Webber et est pénalisé d'un "" de dix secondes. En fin de course, hors des points, il abandonne pour pouvoir changer de boîte de vitesses sans avoir de pénalité pour le prochain Grand Prix. En Corée du Sud, il se qualifie septième et après une course prudente, termine à la même place. En Inde, onzième des qualifications, il finit la course à la neuvième place. Lors du Grand Prix d'Abou Dabi, il est une victime collatérale de la bataille entre Sergio Pérez et Paul di Resta : touché par Pérez qui revient sur la piste, il est harponné par Mark Webber et abandonne au trente-septième tour alors qu'il était cinquième. Au Grand Prix des États-Unis, qualifié en quatrième position, Grosjean part neuvième après une pénalité pour changement de boîte de vitesses. En course, malgré un tête-à-queue en début d'épreuve, il finit septième. Au Grand Prix du Brésil, il fait une sortie de piste et doit abandonner. Au lendemain de sa victoire à la Race of Champions, Lotus annonce officiellement la prolongation de son contrat pour 2013. Il termine huitième du championnat avec 96 points, 111 points derrière son coéquipier qui termine troisième pour son retour en F1.