No dia 24 de janeiro de 2012, D'Ambrosio foi então confirmado novamente como piloto reserva da equipe Lotus F1 Team. No Grande Prêmio da Itália deste ano, substituiu o piloto principal Romain Grosjean, suspenso da etapa por ter causado um grave acidente na corrida anterior, o Grande Prêmio da Bélgica.