2012 kehrte sie zum "Melodifestivalen" zurück, dieses Mal mit dem von und Peter Boström komponierten und getexteten Lied "Euphoria". Die Choreografie ihres Auftritts spielt mit tänzerischen Elementen aus der brasilianischen Kampfkunstform Capoeira. Beim ersten Halbfinale am 4. Februar setzte sich Loreen mit etwa 160.000 Anrufen gegen ihre Konkurrenz durch und qualifizierte sich direkt für das Finale am 10. März in Stockholm. Dort erhielt sie sowohl von den europäischen Juroren als auch von den schwedischen Televotern die meisten Stimmen und vertrat damit Schweden beim Eurovision Song Contest 2012 in Baku. Nach ihrem Sieg erreichte "Euphoria" in mehreren Ländern die Spitze der Charts, während in Schweden das Lied bereits Anfang März Chart-Platz eins belegt hatte. Zudem galt sie bei den Buchmachern als einer der Favoriten auf den Sieg beim Eurovision Song Contest. Am 24. Mai gelang ihr der Einzug in das zwei Tage später stattfindende ESC-Finale, das sie mit 372 Punkten vor den russischen Buranowskije Babuschki (259 Punkte) und Željko Joksimović aus Serbien (214 Punkte) gewann.