Es folgte Anfang Mai ein dreitägiger Test in Mugello, welcher der erste Test während einer laufenden Saison seit vier Jahren war. Ferrari probierte einige Neuerungen am Boliden aus, die die Leistungsfähigkeit des Ferraris steigerten. Beim Europaauftakt, seinem Heimrennen in Spanien, übernahm Alonso von Platz zwei startend beim Start die Führung des Rennens. Im Rennverlauf fiel er allerdings nach einem Boxenstopp hinter Pastor Maldonado zurück. Er schloss zwar wieder auf, war aber aufgrund eines plötzlichen Gripverlustes in den letzten Runden nicht mehr in der Lage, einen Angriff zu starten. Er kam auf dem zweiten Platz ins Ziel. Ein Rennen später in Monaco machte er von Startplatz fünf aus am Start und beim Boxenstopp je einen Platz gut und übernahm mit einem dritten Platz erneut die Führung in der Weltmeisterschaft. Ein Rennen später in Kanada verlor er diese wieder. Er setzte im Rennen auf eine Ein-Stopp-Strategie und lag in der Schlussphase zunächst in Führung. Allerdings bauten seine Reifen deutlich stärker als erwartet ab und er kam schließlich auf dem fünften Platz ins Ziel. Beim nächsten Rennwochenende in Europa qualifizierte sich Alonso für den elften Platz und verpasste damit den letzten Qualifyingabschnitt. Am Start machte er bereits einige Plätze gut und arbeitete sich durch mehrere Überholmanöver weiter nach vorne. Er profitierte außerdem von der passenden Strategie und einer Safety-Car-Phase, die ihn in Schlagdistanz zu den Führenden brachte. Zunächst überholte er Grosjean beim Restart und übernahm den zweiten Platz, anschließend erhielt er die Führung, da der bis dahin klar führende Vettel ausfiel. Alonso gewann somit sein zweites Saisonrennen und war in der Saison 2012 der erste Pilot, der zwei Rennen gewonnen hatte. Mit dem Sieg übernahm er erneut die Führung in der Weltmeisterschaft.