Musim 2012 Sergio Perez langsung menggebrak dengan meraih posisi kedelapan di Australia walaupun dalam balapan tersebut ia sempat mengalami masalah dengan bannya. Di seri selanjutnya di Malaysia Perez tampil luar biasa di tengah trek basah. Ia membayangi Fernando Alonso sepanjang lomba dan bahkan sempat mengancam pimpinan balapan tersebut menjelang akhir balapan. Sebuah kesalahan kecil yang ia lakukan akhirnya membuat Perez harus puas finis sebagai runner-up di GP Malaysia. Selanjutnya di Cina Perez mencatat posisi kualifikasi terbaik yaitu di posisi 8 namun saat lomba ia harus puas finis di urutan 11 usai bermasalah dengan kopling. Pada GP Kanada, Perez mencatat podium F1 keduanya saat ia finis di urutan 3 setelah start dari urutan 15. Pada GP Inggris Perez sempat frustrasi kepada Pastor Maldonado usai mereka bersenggolan saat lomba berlangsung. Selanjutnya di GP Belgia, Perez tersingkir di tikungan pertama selepas start akibat efek domino kecelakaan beruntun Romain Grosjean, Fernando Alonso dan Lewis Hamilton, padahal saat kualifikasi Perez mencatat posisi start yang baik yaitu di urutan 4 usai Maldonado terkena penalti grid. Podium terakhir Perez di musim 2012 dicatat saat ia membalap secara brilian di GP Italia dengan start dari posisi 12 dan finis di urutan 3.