Northug åpnet sesongen 2011/12 med en andreplass på 15 km fristil på Sjusjøen. Under Nordic Opening Tour tok han en etappeseier på 10 km fristil, før han avgjorde touren sammenlagt under 15 km klassisk, jaktstart ved å rykke fra Dario Cologna i siste bakke før mål. Northug overtok også ledelsen i verdenscupen. Etter å ha stått over sprinten i Düsseldorf, vant han 30 km fristil, intervallstart i Davos. Northug tok ledelsen tidlig i løpet, og økte ledelsen slik at han kunne gå i mål over 50 sekunder foran Maurice Manificat og minuttet foran Lukáš Bauer. På sprinten dagen etter nådde han finalen, og endte som nummer 5. De siste verdenscuprennene før Tour de Ski gikk i slovenske Rogla, og Northug viste frem spurtegenskapene sine da han avgjorde 15 km klassisk, fellesstart på oppløpet, foran Cologna og Aleksej Poltaranin.