In 2012 keerde Da Costa terug naar Carlin om GP3 te gaan rijden. In de eerste race in Barcelona behaalde hij meteen pole position, maar had een valse start waardoor hij een drive-throughpenalty kreeg en als veertiende finishte. Op Silverstone behaalde hij een overwinning en hij won ook beide races op de Hungaroring, waardoor hij de eerste GP3-coureur werd die twee races in één weekend won. Hij was nog tot het laatste raceweekend in de strijd om de titel, maar uiteindelijk eindigde hij als derde in het kampioenschap met 132 punten, achter Mitch Evans en Daniel Abt.