Сумев восстановиться в межсезонье от травм, Каролина подходит к сезону 2011—2012 на пике своей формы. Как фигуристке, попавшей в 6-ку сильнейших на последнем первенстве мира, ей позволено принять участие в 3-х этапах серии Гран-при. Выиграв Cup of China и став второй на Skate America и Trophée Eric Bompard, итальянская фигуристка первой квалифицируется в финал, проходящий в канадском Квебеке. На итоговом соревновании серии Костнер выигрывает сначала короткую, а затем и произвольную программы, впервые в карьере став победительницей финала Гран-при и улучшив личные рекорды по сумме баллов. Триумф продолжается и на первенстве Старого Света: в британском Шеффилде итальянская спортсменка не знает себе равных и в 4-й раз становится чемпионкой Европы. В тот же год Каролине покорился и чемпионат мира. Тогда в Ницце она была третьей после короткой программы, а произвольную с блеском выиграла, поднявшись на верхнюю ступень мирового пьедестала в 25 лет. В последнем в сезоне соревновании — Командном чемпионате мира — Каролина вновь улучшает личные рекорды в короткой программе и в итоге финиширует второй.