Специально для участия в Лиге чемпионов в «Локомотив» был приглашён центральный блокирующий сборной США Райан Миллар, легионерские вакансии в заявке команды на чемпионат России заполнили словак Лукаш Дивиш и кубинец Майкл Санчес Божулев, призванный заменить на позиции диагонального перешедшего в московское «Динамо» Николая Павлова. В новосибирской команде также дебютировал Денис Бирюков, который в 2011 году вместе со связующим «Локомотива» Александром Бутько в составе сборной России стал победителем Мировой лиги и Кубка мира. 28 декабря 2011 года в Белгороде «Локомотив» во второй раз подряд завоевал Кубок России, обыграв в финале кемеровский «Кузбасс». В дебютном для себя розыгрыше Лиги чемпионов команда претендовала на выход в «Финал четырёх», но на стадии «раунда шести», обменявшись победами с турецким «Аркасом», уступила в золотом сете. В чемпионате России «Локомотив» занял второе место в зоне «Восток» вслед за казанским «Зенитом», которому позже проиграл в полуфинальной серии.