Citroën menandatangani Neuville untuk Kejuaraan Rally Dunia 2012, mengendarai balapan terpilih di Citroën DS3 WRC untuk tim junior mereka. Musim ini menyaksikan Neuville membuat debut World Rally Car-nya. Pada pembukaan musim di Monte Carlo
, Neuville jatuh keluar dari acara awal. Dia tetap tidak mencetak gol sampai babak keempat di Portugal di mana ia finis di posisi kedelapan. Sebelum ke Portugal, ia telah memenangkan kemenangan tahap pertamanya di Meksiko. Di Argentina, ia berada di urutan kelima, meskipun mobilnya terguling di awal acara. Hasil Neuville sejauh ini telah terganggu oleh penggunaan aturan Rally 2, acara bebas kesalahan pertamanya adalah di Acropolis di mana ia berada di urutan keenam. Musim Neuville tidak termasuk Selandia Baru dengan Tim Junior Citroën, tetapi karena Nasser Al-Attiyah di Qatar World Rally Team terluka dan tidak dapat bersaing, Neuville menggantikannya untuk tim Qatar dalam acara tersebut. Dia berjuang untuk tempat kelima dengan rekan World Rally Car rookie Ott Tänak, dengan Neuville akhirnya mengamankan posisi karena Tänak pensiun. Dia tidak mencetak poin di Finlandia setelah jatuh dari posisi keenam. Dia berlari dekat dengan podium di acara berikutnya di Jerman, tetapi, seperti di Finlandia, dia berada di luar poin karena kecelakaan. Dia kembali ke poin dengan finis ketujuh di Wales. Hasil terbaiknya musim ini datang di Prancis, di mana ia memimpin acara World Rally untuk pertama kalinya dalam karirnya dan akhirnya finis keempat, setelah banyak kemenangan tahap. Perjalanan lain untuk tim Qatar di Sardinia, acara penutup musim ini, berarti Neuville bertanding sepanjang musim. Dia berada di luar poin di Sardinia, serta di Catalunya, acara terakhir musim ini, karena insiden di kedua reli. Ia menyelesaikan musim di posisi ketujuh.