Op 9 december 2011 werd bekend dat Grosjean in 2012 terugkeert in de Formule 1 bij Lotus naast de eveneens terugkerende Kimi Räikkönen. In de eerste Grand Prix in Australië verraste hij meteen door de derde startplaats op te eisen achter de McLarens van Lewis Hamilton en Jenson Button. In de race moest hij echter al in de tweede ronde opgeven na een touché met Pastor Maldonado waarbij zijn wiel brak. In de derde Grand Prix in China behaalde Grosjean zijn eerste punten in de Formule 1 met een zesde plaats. In de Grand Prix van Bahrein behaalde hij zijn eerste podium uit zijn Formule 1-carrière door als derde te eindigen achter Sebastian Vettel en Räikkönen.