Fàbregas oli yksi 23:sta Vicente del Bosquen 2012 EM-kisoihin valitsemasta pelaajasta. Fàbregas aloitti keskikentän keskustan kolmion ylimpänä avausottelussa Italiaa vastaan. Hän teki maalin 1–1 tulokseen päättyneessä ottelussa. Seuraavassa ottelussa hän teki jälleen maalin, kun Espanja voitti Irlannin 4–0. Fàbregas teki välierissä Portugalia vastaan rangaistuspotkukilpailun ratkaisevan maalin. Finaalissa Italiaa vastaan, Fàbregas antoi syötön David Silvan tekemään avausmaaliin. Ottelu päättyi Espanjan 4–0 voittoon. Fàbregas pelasi turnauksen jokaisessa ottelussa.