I en mesterskapsfri sesong var Tour de Ski 2011/12 sesongens store mål. Justyna Kowalczyk startet med å vinne de tre første etappene. Bjørgen vant de fire neste før Justyna Kowalczyk slo tilbake og vant den åttende etappen. Før den avsluttende etappen opp slalåmbakken i Val di Fiemme ledet Kowalczyk med elleve sekunder. Bjørgen tok igjen Kowalczyk, men opp slalåmbakken gikk Kowalczyk ifra og vant med 28 sekunder. Kowalczyk var i storform i januar og vant ytterligere tre renn før Bjørgen vant igjen, 10 km fristil i Rybinsk. Etter seieren på 15 klassisk i Nové Město na Moravě tok Bjørgen tilbake ledelsen i verdenscupen. På hjemmebane i Szklarska Poręba vant Kowalczyk igjen og overtok igjen ledertrøya i verdenscupen. I mars kom Bjørgen tilbake i toppform og vant de fire siste verdenscuprennene: i Lahtis, Drammen, Holmenkollen og verdenscupfinalen i Stockholm og Falun. Hun vant verdenscupen sammenlagt, 270 poeng foran Justyna Kowalczyk.