2012 bestritt Rosberg seine dritte Saison an der Seite Schumachers bei Mercedes. Beim ersten Rennen in Australien verpasste er nach einer Berührung und einem daraus folgenden Reifenschaden in der letzten Runde Punkte und kam auf dem zwölften Platz ins Ziel. Beim Qualifying zum Großen Preis von China erzielte Rosberg seine erste Pole-Position in der Formel 1. Er erreichte als 96. Fahrer eine Pole-Position in der Formel-1-Weltmeisterschaft. Einen Tag später erzielte er in seinem 111. Rennen den ersten Formel-1-Sieg. Rosberg ist der 103. Sieger eines Formel-1-Grand-Prix. Beim Großen Preis von Monaco erzielte er mit einem zweiten Platz eine weitere Podest-Platzierung. Im internen Duell gegen Schumacher war das Qualifying- und Rennduell ausgeglichen, nachdem Rosberg diese Vergleiche in den Vorjahren stets für sich entschieden hatte. In der Gesamtwertung setzte sich Rosberg mit 93 zu 49 Punkten dennoch verhältnismäßig deutlich gegen Schumacher durch und erreichte den neunten Rang.