De retour au monticule en 2012, Wainwright joue toute la saison sans que sa blessure ne revienne l'ennuyer. En 32 départs et 198 manches et deux tiers lancées, sa moyenne de points mérités s'élève à 3,94 avec 14 victoires, 13 défaites et 184 retraits sur des prises. De retour en éliminatoires, il effectue deux départs laborieux dans la Série de divisions, allouant 7 points mérités sur 13 coups sûrs aux Nationals de Washington en 8 manches, mais chaque fois n'est pas impliqué dans la décision. Il réalise cependant une bonne performance pour une victoire sur les Giants de San Francisco dans le de la Série de championnat de la Ligue nationale.