A 2012-es maláj nagydíjon pályafutása eddigi legjobb teljesítményét hozta. Az esős futamon a rajt után intermediate gumikról azonnal extrém esős gumikra váltott, majd az egyre hevesebben szakadó eső miatt a futamot leállították, Pérez ekkor már a harmadik helyen állt. A futamot egy órával később újraindították. A száradó pályán mindenki intermediate gumikra váltott. A kiállások után már a második helyen találta magát közvetlenül Fernando Alonso mögött. Alonso a verseny első felében el tudott húzni, azonban a száradó pályán később Pérez sorra futotta meg a verseny leggyorsabb köreit, és néhány kör alatt Alonso hátránya semmivé foszlott. Azonban Alonso egy körrel korábban állt ki a boxba, és az ekkor már gyakorlatilag száraz pályán az egy kör alatt 7 másodpercet vert Pérezre. Azonban a száraz pályán is folytatódott Pérez dominanciája. Mindössze néhány kör alatt beérte Alonsót, azonban az egyik előzési kísérlet közben túlságosan lement az ideális ívről és a még vizes részen megcsúszott, ezzel 5 másodpercet vesztett ami ekkor már behozhatatlan volt. Az utolsó körökben még további 3 másodpercet faragott le hátrányából, de Alonsóval már nem tudott mit kezdeni. Mindössze 2 másodperccel lemaradva a győzelemről a második helyen ért célba.