2012: le Olimpiadi e il bronzo europeo

L'11 gennaio 2012 ha partecipato ai Test Event di Londra, ultima prova di qualificazione per le Olimpiadi del 2012. Alla trave, con una buona prestazione, ottiene il suo punteggio più alto della competizione (14.533 punti). Al volteggio ottiene 14.100 punti, alle parallele asimmetriche 13.433 punti e al corpo libero un buon 14.066.[29] Totalizza così 56.132 punti e arriva terza al concorso generale individuale dietro alle connazionali Vanessa Ferrari ed Erika Fasana.[30] La squadra italiana, inoltre, conquista il diritto a partecipare alle Olimpiadi di Londra, essendosi qualificata al primo posto nel concorso generale a squadre (con 224.621 punti) davanti a Canada e Francia.[29] Il 13 gennaio, durante la seconda giornata di finale ad attrezzo dei Test Event, Carlotta compete sia alla trave che al corpo libero. L'azzurra conquista la medaglia d'oro nel primo attrezzo con 14.500 punti, a pari merito con la greca Vasiliki Millousi.[31] Al corpo libero, in cui la connazionale Vanessa Ferrari vince l'oro, nonostante una buona performance (13.966 punti) arriva al quinto posto. Il 10 marzo partecipa alla prima tappa di Campionato A1 a Bari. Queste gare di campionato, insieme al Trofeo Città di Jesolo che si svolgerà alla fine del mese corrente, sono delle prove che serviranno per decidere i nomi degli atleti che parteciperanno alle Olimpiadi.[32] La GAL Lissone, società di cui fa parte Carlotta, si posiziona al terzo posto nella classifica a squadre (punteggio complessivo: 159,150) dietro alla vincente Brixia Brescia (166,950) e alla Pro Lissone (159,250).[33] Individualmente, con un punteggio complessivo di 55.900, arriva al secondo posto nella classifica "virtuale" dell'evento. Inoltre, alla pari con Vanessa Ferrari, ottiene il punteggio più alto alla trave (14,800 punti).[33] Buone anche le prestazioni negli altri attrezzi, in cui ha portato alcuni esercizi semplificati: 13,450 punti al corpo libero, 13,550 alle parallele asimmetriche e 14.100 al volteggio.[33] Per la seconda tappa di Campionato A1 svoltasi a Firenze il 24 marzo, con un punteggio complessivo di 161.300, la GAL Lissone si aggiudica la vittoria.[34] Individualmente, Carlotta svolge dei buoni esercizi al volteggio (14,150 punti), trave (14,600 punti) e parallele asimmetriche (13,700 punti). Un errore durante un avvitamento al corpo libero la fa cadere e le fa concludere l'esercizio con 12,950 punti. Come per la precedente giornata di Campionato, finisce il concorso generale "virtuale" al secondo posto (55,400 punti). Partecipa al Trofeo Città di Jesolo del 31 marzo, competendo in tutti e quattro gli attrezzi e arrivando ottava nella classifica generale individuale (56,550 punti, al primo posto tra le convocate italiane). Grazie ad una buonissima prestazione alla trave, ottiene il secondo punteggio più alto dell'attrezzo: 15.200 punti. Buone anche le prestazioni al volteggio (14.400 punti), parallele asimmetriche (13.200) e corpo libero (13.750). L'Italia, con un punteggio complessivo di 224.250, chiude al secondo posto. Corpo libero di Carlotta Ferlito durante la gara finale del Campionato di Serie A1 a Padova il 21 aprile 2012. Il 21 aprile compete nella finale del Campionato di Serie A1, portando alla vittoria dell'undicesimo scudetto la GAL Lissone. Individualmente vince il concorso generale individuale "virtuale", grazie a delle buone prestazioni in tutti e quattro gli attrezzi: 14.200 al volteggio, 13.850 alle parallele asimmetriche, 15.100 alla trave e 14.000 al corpo libero. La Nazionale italiana ai Campionati europei di ginnastica artistica femminile 2012 Viene convocata per far parte della squadra nazionale che competerà ai Campionati Europei di Bruxelles dal 9 al 13 maggio. Con l'Italia, grazie ad un punteggio complessivo di 168.005, si qualifica per la finale a squadre al quarto posto. Individualmente, a causa di alcuni sbilanciamenti di troppo non riesce a centrare la finale alla trave, dove la vice campionessa continentale uscente resta fuori per 9 millesimi di punto e diventa la prima riserva.

Il 12 maggio, con un punteggio complessivo di 171.430, conquista il bronzo nella finale a squadre. Dall'11 giugno 2012 è caporale dell'Esercito italiano, membro dalla squadra femminile del Centro Sportivo Olimpico dell’Esercito. Il 16 giugno compete ai Campionati Assoluti di Catania. Grazie a dei buoni esercizi in tutti e quattro gli attrezzi, con 55.950 punti, diventa vicecampionessa nazionale.[44] Inoltre, si qualifica per la finale alla trave (14,650 punti), corpo libero (14,000 punti) e parallele asimmetriche (13,250 punti).[45] Il 17 giugno, durante le finali di specialità, diventa campionessa italiana alla trave per la seconda volta consecutiva con 14.900 punti, staccando di 7 decimi la seconda classificata Elisa Meneghini. Con delle buone prestazioni arriva quarta al corpo libero (13,200 punti a causa di un'uscita dalla pedana) e alle parallele asimmetriche (13,500 punti).