2012 bestritt Hamilton seine sechste Saison für McLaren. Button war erneut sein Teamkollege. Bei den ersten zwei Rennen in Australien und Malaysia erzielte Hamilton die Pole-Position und kam auf dem dritten Platz ins Ziel. Ein Rennen später, in China, wurde Hamilton nach einem Getriebewechsel in der Startaufstellung um fünf Positionen auf den siebten Platz zurück versetzt. Im Rennen erreichte er abermals den dritten Platz und übernahm damit nach dem dritten Rennen die Führung in der Weltmeisterschaft, die er ein Rennen später wieder verlor. Im Qualifying zum Großen Preis von Spanien fuhr Hamilton die schnellste Runde und wurde anschließend von seinem Team angewiesen, die Auslaufrunde abzubrechen, um noch die erforderliche Mindestspritmenge im Tank zu behalten. Er wurde darauf disqualifiziert, da er die Auslaufrunde abgebrochen hatte, was nach dem Reglement verboten war. Hamilton hatte bereits beim Großen Preis von Kanada 2010 die Auslaufrunde abgebrochen. Er durfte das Rennen vom letzten Platz starten. Er erreichte das Ziel auf dem achten Platz.