W 2012 zwyciężyła z utworem „Euphoria”, stworzonym przez Thomasa G:sona i Petera Boströma, w finale programu Melodifestivalen 2012, zostając reprezentantką Szwecji w 57. Konkursie Piosenki Eurowizji w Baku. Po wygranej Melodifestivalen z singlem „Euphoria” znalazła się na pierwszym miejscu szwedzkiej listy sprzedaży, a także stała się główną faworytką bukmacherów i klubów OGAE do wygrania Eurowizji 2012. Po awansie do finału wzięła udział w konferencji prasowej, na której powiedziała dziennikarzom: Prawa człowieka są gwałcone w Azerbejdżanie na co dzień. Nie powinno się milczeć o takich rzeczach, za co została skrytykowana przez rzecznika rządu Azerbejdżanu, organizatora konkursu. Szwedzcy dyplomaci odpowiedzieli na zarzuty mówiąc, że EBU, szwedzka telewizja i Loreen nie działali na tle konkursu. Bezpośrednio przed finałem obawiano się, że Loreen nie wygra konkursu, bo na jurorskiej próbie generalnej zakrztusiła się sztucznym śniegiem użytym podczas wykonywania utworu, co mogłoby wpłynąć na ocenę jury, które oceniało próby uczestników konkursu. W finale, który odbył się 26 maja, zajęła jednak pierwsze miejsce z liczbą 372 punktów, zdobywając wówczas rekordową liczbę maksymalnych not 12 punktów (z 18 krajów). Po konkursie za singiel „Euphoria” odebrała dwie Nagrody im.