チームスローガン：躍動2012年、監督にジョゼ・カルロス・セホーンが就任。クラブ史上初のブラジル人監督となった。コーチ陣も元日本代表の呂比須ワグナーを含む3人が加入。山口智や橋本英郎、下平匠やイ・グノらが退団した一方、FC東京から今野泰幸、甲府からパウリーニョ、徳島から佐藤晃大、FCソウルからイ・スンヨルを完全移籍で、清水から武田洋平、CAタボン・ダ・セーハからエドゥワルドをレンタル移籍で獲得し、丹羽大輝が6年ぶり、寺田紳一と倉田秋が3年ぶりにレンタル移籍先から復帰。新人では大卒で阿部浩之、テスト生から沼田圭悟を獲得し、ユースからは田尻健、西野貴治、稲森克尚が昇格した。シーズン初の公式戦となったAFCチャンピオンズリーグ2012グループリーグ初戦に0-3で敗北。また、J1第2節のC大阪戦（大阪ダービー）を含むJ1第3節まで公式戦5連敗を喫した。J1第3節終了後の3月26日に監督のセホーン、ヘッドコーチの呂比須、フィジカルコーチのウェリントンおよび強化本部長の山本浩靖を解任。後任にコーチの松波正信がクラブOB初・クラブ最年少で監督に就任した。ACLでは1勝に留まり、この年出場したJリーグ勢で唯一グループリーグで敗退。第6節（川崎戦）でリーグ戦初勝利を挙げたが、中断前の12試合でわずか2勝（3分7敗）。15位の新潟と勝点差6（ACL出場による日程変更でリーグ戦試合消化はガンバが新潟より1試合少ない状態）の16位と降格圏に低迷。これを受け、夏の補強としてRCDマヨルカから家長昭博、アル・サッドからレアンドロが期限付き移籍で復帰。また、清水から岩下敬輔を期限付き移籍で獲得。一方で、6月にラフィーニャと契約解除。7月にイ・スンヨルが蔚山現代FC、寺田が横浜FC、星原が水戸へそれぞれ期限付き移籍で退団。中盤以降、新戦力のレアンドロや家長の活躍もあり後半戦はやや持ち直すものの、第33節時点で降格圏内の16位で第34節（最終節）を迎える。最終節の磐田戦でも敗れ、最終的には17位の成績となり、初のJ2降格が決定した。この年、総得点数はリーグ1位の67得点であったが、総失点はリーグ17位の65失点であった。大量得点で勝つこともあった反面、1試合2得点以下の試合では1勝もすることができなかった。また、ホームは17試合の内わずか4勝（7分6敗）に終わった。天皇杯は3年ぶりに決勝へ進出したが、柏に敗れ、ACLの出場権を逃した。シーズン終了後、松波が監督を退任した。
テレビアニメ化にあたって原作から設定が変更され、その後に展開されたOVAと劇場版に引き継がれていったものも多い。二人の超能力である千里眼（クレアボワイヤンス）の設定は描かれなかった（OVA『ノーランディアの謎』を除く）。二人のコスチュームが原作から変更されており、アニメ用に線が少なくされた。ケイは藍白で赤の縁取り、ユリは黄色で赤の縁取り、ブーツのデザインも個々で異なっている。耐熱ジェルの設定はない。通常任務とは別に破壊活動など荒事が伴う特殊任務時には、二人とも黒系のジャンプスーツを着用し飛行装置を有したバックパック装着、組み立て式のレーザーライフルやグレネードランチャーで武装する。ユリのブラッディカードは、テレビアニメ版では削除され、描かれたのは劇場版『クラッシャージョウ』の劇中映画『ダーティペアの大冒険』、OVA『ノーランディアの謎』、OVA『謀略の005便』、OVA第6話『本気なの？！　海辺でどっきりウェディングパニック！』（使用したのはユリではなくマダム・バー）のみである。代替として上腕に巻きつけてある鞭を装備。通信機になるイヤリングは色違いの同型品を二人とも身に着けている。原作のサポートキャラであるムギの活躍が激減しており、ほぼペットに近い扱いになっている。外見も触手の描写がなく、体色は黒から褐色へ変更され、体格も原作の挿絵に比べるとムッチリと太っており、一見すると熊のようである。触手が無い代わりに、前足（爪も）を器用に使う。自分の食事を電子レンジで温めたりしている。知能は高く、ラブリーエンゼルの修理やメンテナンスも出来る。人間の言葉を完全に理解しており、ダーティペアの二人の命令には忠実に従っている点は原作と変わらないが、時に間抜けな行動をしたり、脅えたりする感情豊かな点が付け加えられている。ムギがクァールであるかどうかはアニメ本編では明言されていない。なお、「あれでネコ科ってんだから先祖が知ったら嘆くだろうに」（ケイ）「遺伝子工学もとんだイタズラをするものね」（ユリ）というセリフがある。テレビ版ではオリジナルキャラ、小型ロボットの「ナンモ」が登場している。球体に足をつけたような外見。ラブリーエンゼルを始め、宇宙船やその他の乗り物の操縦、コンピューターへのハッキングや解析、戦闘時には加勢するなど多くのサポートを担っている。コンピューターとの接続を行うアーム型の接続端子と汎用作業用のマジックハンド型のアームを内蔵。更にバーニアも装備しておりユリやケイと共に宇宙空間での行動も可能である。機密保持のための自爆機能も有しており、万が一の時には自爆させることができる。脳にあたる記憶ディスクさえ無事に残っていれば、それまでの記憶を引き継いだ新たな「ナンモ」として再生が可能である。ナンモは第5話で一度自爆したが、2話先の第7話でラブリーエンゼル内で完成間近のナンモが出てくる。専用宇宙船「ラブリーエンゼル」号のデザインが大きく異なる。原作では細長い砲弾状の垂直型宇宙船、アニメでは一部作品を除きスタートレックのエンタープライズ号を意識したデザイン、戦闘用の小型ポッドをコックピット部分に内蔵している。WWWAの設定が、原作では現実のITUやWHOなど国連の専門機関同等のような準公共団体であるのに対し、アニメでは利益企業となっている。2人の上司は原作のソラナカ部長からグーリィ主任に変更。WWWAでの認識コードはケイが234-K、ユリが234-Uである。