Seit der Saison 2012 ging Williams wieder mit Renault-Motoren an den Start. Fahrer waren Pastor Maldonado und Bruno Senna. In den ersten Rennen des Jahres gab es Anzeichen für eine Verbesserung der sportlichen Leistungen. Beim Großen Preis von Spanien in Barcelona fuhr Maldonado im Qualifying die zweitbeste Zeit. Nachdem Pole-Sitter Lewis Hamilton nach dem Zeittraining disqualifiziert worden war, ging Maldonado von Position eins in Rennen. Er siegte mit 3,2 Sekunden Vorsprung vor Fernando Alonso und brachte seinem Team damit den ersten Sieg seit 2004. Im Anschluss an das Rennen kam es zu einem schweren Feuerunfall in der Williams-Box: Kurz nach der Siegerehrung geriet die Box infolge einer Verpuffung in Brand. Sechzehn Mitglieder des Williams-Teams und einige Angehörige anderer Teams erlitten eine Rauchvergiftung und Schnittwunden. Zudem entstand erheblicher Sachschaden.