Para la temporada 2012 Gilbert cambio de aires y paso al equipo estadounidense BMC Racing Team, sin triunfos durante la primera parte de la temporada, puso fin a su sequía en la Vuelta a España, en donde conseguiría dos etapas; pero su gran triunfo vendría el 23 de septiembre, en los campeonatos mundiales celebrados en Valkenburg, un recorrido en donde venció en forma solitaria luego de atacar en el Cauberg, a algo más de 2 kilómetros para el final.