Il 15 dicembre 2011, la scuderia Toro Rosso ufficializza che per il 2012 Jean-Eric sarà pilota titolare, insieme a Daniel Ricciardo, rimpiazzando Sébastien Buemi e Jaime Alguersuari. Gli unici risultati di rilievo sono due ottavi posti in Malesia e in Belgio, grazie ai quali conquista i suoi primi punti in Formula 1. Va a punti anche in Corea, dove giunge ottavo precedendo il compagno di squadra e la McLaren di Lewis Hamilton.A Singapore Vergne viene coinvolto in un pericoloso incidente con Michael Schumacher, causato da un'errata frenata del tedesco.