Setelah menandatangani kontrak lanjutan pada musim , Alonso kekal bersama Ferrari bagi musim . Pada sesi kelayakan untuk Grand Prix Australia 2012, Alonso mendapat tempat ke-12 selepas terbabas pada sesi kelayakan bahagian kedua. Beliau berjuang dalam perlumbaan untuk mendapat tempat kelima. Pada perlumbaan seterusnya di Malaysia, prestasi kereta Ferrari yang teruk sekali lagi menyebabkan Alonso memulakan perlumbaan di kesembilan. Walau bagaimanapun, dalam perlumbaan, yang bermula dalam keadaan hujan, Alonso mendahului perlumbaan pada pusingan ke-16. Pemandu Sauber, Sergio Pérez, mula mengejar Alonso, dan hampir memintas Alonso, namun beliau melakukan kesilapan, dan Alonso memenangi perlumbaan pertamanya pada musim ini. Alonso mendapat tempat ketiga di Grand Prix Monaco, dan beliau mendahului Kejuaraan Pemandu selepas perlumbaan. Walau bagaimanapun, Alonso mendapat tempat yang kelima di Grand Prix Kanada di belakang pemenang, Lewis Hamilton, dan Sebastian Vettel, yang mendapat tempat keempat. Ini menyebakan Alonso jatuh ke tangga kedua dalam kejuaraan, di belakang Hamilton.