Le début de saison 2012 s'annonce difficile avec une monoplace moyennement performante. Toutefois, après une cinquième place en Australie, il s'impose au Grand Prix de Malaisie grâce à une météo nivellant le niveau de performance des monoplaces, remportant sa troisième victoire sur ce circuit et s'emparant de la tête du championnat. Lors du Grand Prix de Chine, il finit neuvième et pointe à la troisième place du championnat derrière les deux pilotes McLaren. À Bahreïn, Alonso finit septième et redescend à la cinquième place du championnat du monde. En Espagne, pour son Grand Prix national, il se classe troisième sur la grille de départ et termine deuxième de la course. Il remonte alors à la seconde place du championnat du monde, à égalité de points avec Sebastian Vettel. À Monaco, il se classe troisième de la course derrière Mark Webber et Nico Rosberg, ce qui lui permet de reprendre la tête du championnat du monde avec trois points d'avance sur Vettel et Webber.