En 2012, elle commence sa saison par les rituelles compétitions en Océanie, même si celle-ci deviennent moins nombreuses. L'objectif est alors d'être en forme pour défendre son titre olympique aux Jeux de Londres. Le 4 février, elle lance 20,35 m à Christchurch (meilleure performance mondiale de l'année), puis la semaine suivante à Hamilton. Le 18, elle porte la MPMA à . Alignée aux championnats du monde en salle d'Istanbul où elle est la double tenante du titre, Valerie Adams remporte le 10 mars son troisième titre consécutif avec un jet à , record d'Océanie en salle. Elle devance initialement sur le podium la Biélorusse Nadzeya Astapchuk () et l'Américaine Michelle Carter (), mais la première sera déchue de sa médaille à la suite d'un test antidopage positif. Carter sera reclassée , tandis que sa compatriote Jillian Camarena remportera le bronze ().