1. 4월
4월 11일 광주에서 열린 KIA 타이거즈와의 경기에서 7이닝 5피안타 8탈삼진 2사사구 무실점을 기록했지만 타선에서 득점을 내지 못하는 데다가 다음 투수 안지만이 불쇼를 저지르는 바람에 결국 노디시전 기록.4월 18일 잠실에서 열린 두산 베어스와의 경기에서 5.2이닝 11피안타 1피홈런 1탈삼진 무사사구 4실점을 기록하여 패전투수가 되었다 그런데 그 날도 윤성환이 등판할 때 득점을 내지 못했다.
4월 24일 사직에서 열린 롯데 자이언츠와의 경기에서 6이닝 4피안타 4탈삼진 2사사구 무실점을 기록했으나 오승환이 6실점을 기록하는 바람에 노디시전 기록.
4월까지의 성적은 21.2이닝 20피안타 1피홈런 13탈삼진 4사사구 4실점을 기록하였다.
2. 5월
5월 2일 대구에서 열린 두산 베어스와의 경기에서 5이닝 4피안타 5사사구 4탈삼진 4실점을 기록하여 패전투수가 되었다.5월 8일 사직에서 열린 롯데 자이언츠와의 경기에서 8이닝 2피안타 1사사구 4탈삼진 무실점을 기록하여 이제서야 첫 승을 기록하였다.
5월 13일 잠실에서 열린 LG 트윈스와의 경기에서 6이닝 7피안타 3탈삼진 2실점을 기록하여 2번째 승리를 기록하였다.
5월 19일 목동에서 열린 넥센 히어로즈와의 경기에서 2.2이닝 9피안타 2사사구 3탈삼진 7실점을 기록하여 패전투수가 되었다.
5월 25일 대구에서 열린 SK 와이번스와의 경기에서 7이닝 6피안타 1피홈런 1사사구 6탈삼진 1실점을 기록하여 시즌 3승을 기록하였다.
5월까지의 성적은 51.1이닝 48피안타 2피홈런 33탈삼진 13사사구 18실점을 기록하였다.
3. 6월
6월 1일 대구에서 열린 두산 베어스와의 경기에서 9이닝 6피안타 2피홈런 4탈삼진 2사사구 2실점으로 완투패를 당하였다. 이 날 타선에서 득점은 1점만 내서 이 날 경기까지 합해서 윤성환에게는 득점지원 평균이 1.75점운이 없게도 6월 8일 허리부상으로 2군으로 내려갔다.
6월까지의 성적은 60.1이닝 54피안타 4피홈런 37탈삼진 15사사구 20실점을 기록하였다.
4. 7월
7월 26일 얼마만에 등판하여 6이닝 6피안타 7탈삼진 1사사구 1실점으로 승리투수가 되었다.7월까지의 성적은 66.1이닝 60피안타 4피홈런 44탈삼진 16사사구 21실점을 기록하였다.
5. 8월
8월 3일 사직에서 열린 롯데 자이언츠와의 경기에서 6이닝 7피안타 1피홈런 1탈삼진 2사사구 2실점으로 승리투수가 되었다.8월 9일 문학에서 열린 SK 와이번스와의 경기에서 2이닝 5피안타 1사사구 3실점으로 조기강판 되었으나 노디시전 기록
8월 15일 포항에서 열린 한화 이글스와의 경기에서 6.2이닝 7피안타 6탈삼진 4사사구 2실점을 기록 하였으나 타선의 득점지원이 겨우 1점을 기록하여 패전투수가 되었다.
8월 29일 광주에서 열린 기아 타이거즈와의 경기에서 6.1이닝 2피안타 9탈삼진 1사사구 무실점을 기록하여 시즌 5승 기록
6. 9월
9월 5일 대구에서 열린 LG 트윈스와의 경기에서 7이닝 6피안타 7탈삼진 무실점으로 시즌 6승을 기록하였다.9월 12일 대전에서 열린 한화 이글스와의 경기에서 한화에서 득점지원이 없는 에이스와의 맞대결에서 5.2이닝 9피안타 4탈삼진 3사사구 3실점을 기록하여 패전 투수가 되었다.
9월 21일 광주에서 열린 기아 타이거즈와의 경기에서 6이닝 6피안타 4탈삼진 2사사구 3실점으로 시즌 7승을 기록하였다.
9월 27일 사직에서 열린 롯데 자이언츠와의 경기에서 5이닝 7피안타 5탈삼진 1사사구 2실점으로 시즌 8승을 기록하였다.
7. 10월
10월 3일 경기에서 7이닝 3피안타 1피홈런 1탈삼진 1실점으로 시즌 9승을 기록하였다.최종성적 9승 6패로 114이닝 112피안타 6피홈런 81탈삼진 30사사구 36실점 방어율 2.84를 기록하였다.
8. 한국시리즈
2012년 10월 24일, 대구시민운동장 야구장에서 열린 SK 와이번스와의 한국시리즈 1차전에서 SK의 윤희상과 더불어 선발 등판하여 5⅓이닝 73투구수 4피안타 1볼넷 2탈삼진 1실점 비자책점을 기록하였고, 이 날 팀은 스코어 1:3으로 승리하였다. 이승엽에게 3점만 내달라고 했는데 이승엽과 강명구가 진짜 3점을 만들어 냈다! 강명구의 결정적인 대주자 오버런 득점으로 승리를 거두었으며, 윤희상과의 대결에서 판정승을 거두었다.시리즈 전적 2승 2패인 2012년 10월 31일, 잠실 야구장에서 열린 SK 와이번스와의 한국시리즈 5차전에서 다시 한 번 윤희상과 더불어 선발 등판, 6이닝 95투구수 5피안타 무사사구 3탈삼진 1실점 1자책점을 기록하였다. 이날 팀은 스코어 2:1로 승리하였고 대구에서의 2연승, 문학에서의 2연패로 원점으로 돌아갔던 승부의 분위기를 다시 삼성으로 가져오는 데에 중요한 역할을 한 윤성환은 5차전 승리 투수가 됐을 뿐만 아니라 데일리 MVP를 차지하였다. 이번엔 2점만 내달라고 할랬더니 아무도 물어보지 않았다…. 그리고 진짜 2점이 나면서 팀은 승리.
윤성환은 2012년 한국시리즈에서 2경기 11⅓이닝 9피안타 1볼넷 5탈삼진 2실점 1자책점 평균자책점 0.79, 2승을 기록했고, 팀은 이승엽의 싹쓸이 안타에 힘입어 시리즈 전적 4승 2패로 우승, 2년 페넌트레이스&한국시리즈 우승에 성공했다. 장원삼과 KS에서 2승씩 합작한 셈.