Prototypen som fløy den 7. desember 1938 med piloten Ettore Wengi bak spakene egentlig var en Ca.310 som ble utstyrt med nye motorer. Den nye motortypen, luftkjølte stjernemotoren Piaggio P.XVI RC.35, var nesten identisk med forgjengeren Piaggio P.VII C.16 på Ca.310-flyet, men med større ytelsesevne; 700 hk ved start og 650 hk ved flyvning. Ved å ha en tredjedel mer motorkraft var Ca.312 prototypen befridd for presentasjonsvanskene som hadde hjemsøkte Ca.310. Det ble plassert en ordre på 96 fly, men det ble kansellert av luftministeriet som vil konsentrere seg om Ca.313 som vil ha nye Isotta-Fraschini motorer med like gode ytelsesevne som de nye Piaggio motorene.