Był to także pierwszy sezon, kiedy zagrał w Pro Bowl.
2012 mały|308x308px|Rob Gronkowski w 2013 roku w meczu z Houston Texans. W sezonie 2012 rozegrał 11 meczów, grając od początku każdy. W całym sezonie zdobył 790 jardów, odebrał 55 podań i zdobył 11 przyłożeń.
28 października rozegrał swój najlepszy mecz, zdobywając dwa przyłożenia i 146 jardów przeciwko St. Louis Rams. 18 listopada w meczu z Indianapolis Colts doznał kontuzji ramienia, co sprawiło, że nie zagrał w pięciu kolejnych meczach. Tej samej kontuzji doznał 13 stycznia w meczu z Houston Texans. Pomimo kontuzji udało mu się zostać pierwszym końcowym w historii NFL, który zdobył w trzech sezonach z rzędu 10 lub więcej przyłożeń (2010–2012). Rozegrał także trzy mecze, w których zdobył 100 lub więcej jardów.
Został wytypowany drugi raz do meczu Pro Bowl, a także wybrany do Pro Football Writers Association’s All-NFL Team.
2013 W związku z nawrotem kontuzji przedramienia nie zagrał w sześciu meczach sezonu.