4월 11일 청주종합운동장 야구장에서 열린 한화 이글스와의 경기에서 선발 투수로 등판하여 양훈을 상대하여 6이닝 85투구수 3피안타 3사사구 5탈삼진 무실점을 기록했고 팀이 스코어 6:0으로 승리하여 629일만의 선발승을 거두었다.
4월 17일 서울종합운동장 야구장에서 열린 삼성 라이온즈와의 경기에서 선발 투수로 등판하여 5이닝 82투구수 3피안타 2사사구 3탈삼진 무실점을 기록하고 팀이 스코어 1:9로 승리하여 시즌 2승을 거두었다. 상대 선발 투수는 장원삼. 장원삼은 1이닝 8실점으로 그냥 털렸다.
4월 24일 문학 야구장에서 열린 SK 와이번스와의 경기에서 선발 투수로 등판하여 6이닝 102투구수 1피안타 1피홈런 4사사구 3탈삼진 1실점 1자책점을 기록했고 팀이 스코어 2:1로 승리하여 시즌 3승째를 거두었다. 개막 이후 3연승을 기록하며 두산의 철벽 선발진 구축이라는 믿을 수 없는 상황을 보여주었다.
4회말 최정에게 솔로홈런을 맞긴 했지만 그 한 방이 이 경기에서 SK의 유일한 안타였다. 연속 무실점 기록은 14이닝에서 종료. 2011시즌에서 초반 김선우가 보여주던 무적포스를 임태훈이 보여주었다. 이닝만 조금 더 먹어준다면 확실한 3선발로 자리잡을 것 같았다.
이렇게 잘나가는 듯 했지만 5월 3일 대구시민운동장 야구장에서 열린 삼성 라이온즈전에서 4⅓이닝 89투구수 3피안타 4사사구 6탈삼진 5실점 5자책점으로 털렸고 팀이 스코어 0:10으로 완패하며 임태훈은 시즌 첫 패를 당했다.
그리고 5월 9일 SK 와이번스전에서 4⅓이닝동안 106개를 던지며 9피안타 2피홈런 3볼넷 2삼진 7실점(7자책)으로 패전투수가 되었다. 1회부터 작심하고 두들긴 SK타자들과 본인의 제구력 난조에 힘입어 투구수가 심하게 불어난 탓에 5이닝도 먹지 못하며 크게 부진했다.
다음 날인 5월 10일, 임태훈은 허리 통증을 이유로 1군 엔트리에서 제외되었다.
5월 20일 1군으로 다시 콜업되어 이날 잠실 야구장에 열린 LG 트윈스와의 홈 주말 3연전 마지막 경기에서 스코어 5:5로 맞선 9회초 1사 1, 2루 상황에 구원 등판했고, 이진영을 고의 볼넷으로 걸러 만루의 배수진을 친 후 정성훈을 4-6-3 병살타로 낚았다. 그리고 10회초도 삼자 범퇴로 깔끔하게 정리했다. 여기까지는 좋았으나...11회초 1사 후 오지환, 박용택 에게 연속 볼넷을 허용하고 이대형을 2루수 땅볼로 잡은 2사 2, 3루 상황에서 이진영에게 결승 2타점 좌전 적시타를 허용하였고 팀이 스코어 7:5로 패하여 패전투수가 되었다.
5월 25일 서울종합운동장 야구장에서 열린 판관 돼청천이 없는 롯데 자이언츠 전에 선발 등판했다가 스코어 0:0, 4회초 1사 1루에서 팡관 박청천에게 2점 홈런, 5회초 2사 1, 2루에서 2타점 2루타를 허용하는 등 5이닝 97투구수 6피안타 1피홈런 3사사구 4탈삼진 4실점 4자책점을 기록하였고 팀이 스코어 8:4로 패하여 패전투수가 되었다.
5월 31일 서울종합운동장 야구장에서 열린 KIA 타이거즈와의 경기에서 2회초 2:0으로 뒤진 상황에서 김선빈의 타구에 오른쪽 팔꿈치를 맞았다. 이후 정대현으로 투수 교체. 일단 진단 결과는 단순 타박상이라고 한다.
6월 19일 1군에 복귀. 당분간 불펜에서 뛴다고 한다. 고로 노경은이 임태훈과 맞바꿔 선발로 보직 변경되었다. 그리고 노경은이 각성해 커리어 하이 시즌을 보내게 되었다.
6월 22일 김선우- 변진수의 뒤를 이어 두산의 세번째 투수로 8회에 등판하여 1이닝을 무실점으로 막은 후 프록터에게 마운드를 내주고 물러났다.
6월 28일 넥센과의 경기에서 구원등판하여 1이닝을 무실점으로 막고 4월 24일 SK전 선발등판 이후 참 오랜만에 승리를 챙겼다.
7월 11일 한화 이글스와의 경기에서 9회초 한상훈에게 투런 홈런을 허용했다.
그리고 7월 30일 부로 1군 엔트리에서 말소되어 2군으로 내려갔다.
하지만 9월 22일에 다시 1군으로 등록되었다. 게다가 전날 안 그래도 불륜스캔들로 논란이 되었던 손영민이 음주운전에 사고까지 내자 바로 임의탈퇴 되었던 것과 비교되면서 역시 이 날도 비난을 받았다.[1]
결국 2012 시즌 최종 성적은 22경기 출전 50⅓이닝 4승 4패 3홀드 평균자책점 4.65점으로 초라하게 마무리하였다.