Mesmo com a lesão, Gronk participou do Super Bowl XLVI, contra o New York Giants, embora claramente estivesse longe de sua melhor forma.
Em julho de 2012, Rob Gronkowski assinou uma extensão contratual de 6 anos e U$ 54 milhões, o maior contrato da história da NFL para um tight end.
A temporada 2012 marcou outro recorde para Gronkowski: ele tornou-se o 3º tight end na história da NFL a conseguir 3 temporadas com pelo menos 10 touchdowns, juntando-se aos espetaculares Tony Gonzalez e Antonio Gates.
O ótimo desempenho foi interrompido quando Gronk fraturou o braço esquerdo na semana 11 em um jogo contra o Indianapolis Colts.
Ainda que tenha voltado a campo na semana 17, Gronk voltou a lesionar o braço esquerdo no primeiro quarto do Divisional Round contra o Houston Texans, ficando de fora do restante da temporada.
Antes mesmo do início da temporada 2013, as más notícias continuaram para Rob Gronkowski. Em fevereiro, foi diagnosticada uma infecção em seu braço esquerdo, que havia sido operado para reparar as fraturas.