Per stagione successiva il pilota francese viene riconfermato dalla scuderia italiana. Il francese ottiene i primi punti stagionali nel secondo Gran Premio stagionale in Malesia grazie a un 10º posto. Dopo tre gare senza punti, con un 12º posto e due ritiri, Vergne torna a punti a Monaco, dove giunge 8º. In Canada, eguaglia il miglior risultato in qualifica della scuderia della stagione e del Gran Premio del Bahrain 2012, conquistando un buon 7º posto davanti al compagno 10º. Era dal Gran Premio d'India 2011 che entrambe le Toro Rosso non entravano in Q3. In gara ottiene un ottimo 6º posto, risultato che mancava alla Toro Rosso dal Gran Premio del Brasile 2008.