Sezon 2012 Sanchez rozpoczął od etapowego zwycięstwa w Paryż-Nicea, które wywalczył po długiej ucieczce z Jensem Voigtem. Tym samym, Hiszpan zanotował czwarty etapowy triumf w tej imprezie. W dalszej części sezonu świetnie rozpoczął wyścig Tour de Romandie, wygrywając dwa etapy i obejmując prowadzenie. Przed finałową czasówką miał 9 sekund przewagi nad Bradleyem Wigginsem, co okazało się niewystarczające do utrzymania prowadzenia. Sanchez pojechał słabiutko i spadł na 10. miejsce w klasyfikacji generalnej.
Przed startem w Tour de France wygrał ponownie tytuł mistrza kraju na czasówce. We Francji wyścig kontrolowała ekipa Sky, przez co zadanie uciekinierów było mocno utrudnione. Sanchez do ofensywy przeszedł na 14. etapie. W ucieczce towarzyszyli mu Peter Sagan, Sandy Casar, Gorka Izagirre oraz Philippe Gilbert. Sanchez atakował na podjeździe, chcąc zgubić Sagana, który był z ucieczki najszybszy. Sztuka ta nie powiodła mu się, ale Hiszpan nie zamierzał czekać na ostatnie metry. Wobec niezdecydowania współtowarzyszy na 10 kilometrów do mety przypuścił samotny atak.