W styczniu 2012 Zilli została wybrana jedną z uczestników sekcji "Wielkich Artystów" na 62. Festiwalu Piosenki Włoskiej. Podczas festiwalu wykonała piosenkę „Per sempre” oraz zaprezentowała własną interpretację piosenki Miny „Grande grande grande”, którą zaśpiewała w duecie z brytyjską piosenkarką Skye Edwards. W połowie lutego wydała swój drugi album studyjny, zatytułowany "L’amore è femmina". Kilka dni później została ogłoszona reprezentantką Włoch z piosenką „L’amore è femmina” w 57. Konkursie Piosenki Eurowizji w Baku. 26 maja wystąpiła w finale konkursu i zajęła w nim dziewiąte miejsce ze 101 punktami na koncie.