V březnu 2012 Paltrinieri vyhrál italský titul na 800 metrů volným stylem, a o dva měsíce později, opustil všechny na svém stopu na mistrovství Evropy
v Debrecenu porazil proslulé Maďary Gergőho Kise a Gergelyho Gyurtu na 1500 m. Jeho čas 14:48.92 ho kvalifikoval na olympiádu a v té době byl druhým nejrychlejším plavcem na 1500 m, který zlomil rekord mistrovství. Trénuje ho Stefano Morini. Na Letních olympijských hrách v roce 2012 se sedmnáctiletý Ital dostal do svého prvního olympijského finále s 4. nejrychlejším časem 14:50.11. Ve finále skončil pátý v 14:51.92.