Le 8 avril 2012, Tom Boonen s'est présenté au départ de Paris-Roubaix avec le statut du grandissime favori au départ de Compiègne. Le coureur belge de 31 ans était dans la forme de sa vie et a collectionné les victoires. 8 succès déjà depuis le début de saison avec une étape au Tour de San Luis, deux étapes et le classement final du Tour du Qatar ainsi qu’une étape sur les routes de Paris-Nice. Le leader de l’équipe Omega Pharma-Quick Step avit encore très faim surtout avec sa domination sur les classiques flandriennes. Il s'était imposé sur le Grand Prix de l’E3, sur Gand-Wevelgem et surtout le Tour des Flandres (pour la troisième fois de sa carrière). Trois victoires en 10 jours ! Qui pouvait l'arrêter ? Ces rivaux étaient les Italiens Alessandro Ballan (BMC Racing) et Filippo Pozzato (Farnese Vini-Selle Italia), le vainqueur surprise de l'an passée Johan Vansummeren (Garmin-Barracuda), le Norvégien Thor Hushovd (BMC Racing) et l'Espagnol Juan Antonio Flecha (Sky). Son véritable adversaire ces dernières années, Fabian Cancellara était absent parce qu'il s’est fait une quadruple fracture de la clavicule une semaine plus tôt au Tour des Flandres. De plus, Tom a bénéficié d'une équipe très forte avec Chavanel et Terpstra notamment.

Cette 110e édition, disputée sous le soleil, a comporté 27 secteurs pavés pour une longueur totale de 51,5 kilomètres.

D'abord, après une heure de course, douze coureurs sont sortis du peloton pour ouvrir la route et franchir en tête les premiers secteurs pavés dont un équiper de Tom Boonen : Guillaume Van Keirsbulck. Ils ont abordé les premiers secteurs avec plus de 4 minutes d'avance 30.

La première grosse chute a eu lieu après 140 kilomètres à l'avant du peloton avec comme principales victimes Frédéric Guesdon (FDJ Big Mat) qui disputait son 17e Paris-Roubaix, George Hincapie ou encore Filippo Pozzato. Ces hommes sont revenus dans le peloton principal. Guesdon a fini la course hors délai.

Après 172 kilomètres de course, l'avance des fuyards est descendu autour des deux minutes 30.

Tout s'est bien passé devant jusqu'à la Trouée d'Arenberg puisque Grischa Janorschke (Netapp) est tombé au début du secteur et a amené avec lui Van Keirsbulck dans sa chute.

À la sortie d'Arenberg, les favoris sont tous passés sans problème. Mais, le peloton a fortement maigri sous l'impulsion de Sylvain Chavanel.

À plus de 70 km de l'arrivée, Juan Antonio Flecha (Team Sky) et Alessandro Ballan (BMC) se sont isolés avec d'autres coureurs du groupe des favoris. Alors, les Omega Pharma-Quick Step sont obligés de travailler et sont revenu sur ces deux prétendants grâce à un tout gros travail de Gert Steegmans.

Dans le secteur d'Orchies, Sylvain Chavanel (Omega Pharma-Quick Step) était victime d'un ennui mécanique. Au même moment, Tom Boonen a accéléré avec dans son sillage Filippo Pozzato (Farnese-Vini), Alessandro Ballan (BMC) et son équipier Niki Terpstra. Mais, les deux Italiens se sont trop regardés et ont laissé filer les deux Omega Pharma-Quick Step.

Mais dans le secteur pavé suivant, Terpstra était asphyxié par le rythme de son leader.

À 53 kilomètres du terme, Tom Boonen était seul en tête avec une trentaine de secondes d'avance sur ses poursuivants. Derrière, Filippo Pozzato a chuté pour la seconde fois et a dû abandonner.

L'équipe Sky a tenté de ramener ses leaders sur le Belge. L'écart a augmenté petit à petit pour atteindre la minute à 30 kilomètres de la fin.

Au moment d'aborder le Carrefour de l'Arbre, Tom Boonen avait 1'20” d'avance sur le groupe des poursuivants où Lars Boom (Rabobank) s'est détaché. Mais, le groupe de cinq s'est reconstitué par la suite.

Personne en fait ne peut revenir sur Tommeke, il a pu savourer et entrer seul sur le Vélodrome de Roubaix pour recevoir l'ovation du public.

Après 257,5 kilomètres de course, Boonen s'est imposé avec une minute 39 sur le groupe de chasse composé de cinq coureurs. Le Français Sébastien Turgot (Europcar) a pris la deuxième place devant Alessandro Ballan (BMC Racing) et Juan Antonio Flecha (Sky) après visionnage de la photo-finish. Turgos est devenu le premier Français à monter sur le podium à Roubaix depuis Frédéric Guesdon en 1997.

Un troisième groupe est arrivé à 3'31” avec le tenant du titre Vansummeren.

À une vitesse moyenne de 43,48 km/h, Boonen a égalé le record de 4 succès dans l'Enfer du Nord de Roger De Vlaeminck.