Kaudella 2012 d'Ambrosio siirtyi Lotuksen testi- ja varakuljettajaksi. d'Ambrosio ajoi Italian GP:n Romain Grosjeanin tilalla, kun Grosjean oli saanut kilpailukiellon edelliskilpailun lähtökolarin aiheuttamisesta. Hän sijoittui kilpailussa 13:ksi häviten selkeästi nopeammalle tallikaverilleen Kimi Räikköselle, joka ajoi maaliin viidentenä.