Był to jeden z lepszych sezonów w karierze Japończyka. Za sprawą zakazu stosowania tzw. dmuchanego dyfuzora, konstrukcja bolidu C31 była bardzo szybka. Zostało to potwierdzone w Chinach, gdzie zdobył pierwsze najszybsze okrążenie podczas wyścigu. Później, podczas GP Japonii, zdobył swoje pierwsze podium, zajmując trzecie miejsce (za Vettelem i Massą). Sezon zakończył na 12. miejscu z dorobkiem 60 pkt.
Po sezonie 2012 Kobayashi nie znalazł miejsca w stawce na rok 2013, głównie za sprawą braku sponsora oraz zatrudnienia przez zespół Saubera innych kierowców.
2014: Caterham Zespół Caterham potwierdził, że w sezonie 2014 Kobayashi będzie jeździł wraz z Marcusem Ericssonem. Jazda w tymże zespole oznaczała możliwość walki jedynie z kierowcami Marussi oraz ze swoim partnerem zespołowym - Marcusem Ericssonem. Mimo największego doświadczenia spośród całej czwórki, w klasyfikacji generalnej okazał się najgorszy. Stało się to głównie za sprawą trzynastej pozycji w wyścigu o Grand Prix Monako, w którym dzięki dużej liczbie niesklasyfikowanych kierowców, kierowcy dwóch Marussi i Caterhama mogli osiągnąć najwyższe pozycji w sezonie. Ze względu na mniejszy wkład jego sponsorów w budżet zespołu, był zmuszany do wielokrotnego udostępniania swojego bolidu kierowcom testowym.