Per la stagione 1967 la 312 venne profondamente modificata: furono adottati i cerchi in lega di magnesio a cinque raggi della Campagnolo, utilizzando la carrozzeria in fibra di vetro il peso minimo scese a 530 kg e la potenza del motore fu elevata a 390 cavalli; infine, al Gran Premio d'Italia venne definitivamente adottata la testata a 48 valvole per una potenza massima di circa 410 cavalli. La vettura fu guidata da Chris Amon (per tutta la stagione), Mike Parkes, Ludovico Scarfiotti (entrambi però solo in pochi gran premi) e Lorenzo Bandini. Quest'ultimo però morì a Monaco. Durante la stagione furono conquistati quattro terzi posti grazie a Chris Amon, ma nessuna vittoria e solo quinto posto nella classifica costruttori con 20 punti.