Märtsis 2012 võitis Paltrinieri Itaalia 800-meetrise vabastiilivõistluse tiitli ja kaks kuud hiljem jättis ta Euroopa meistrivõistlustel kõik oma jälgedes maha.
Debrecenis võitis ta tuntud ungarlased Gergő Kisi ja Gergely Gyurtat 1500 meetri jooksus. Tema aeg 14:48.92 kvalifitseeris ta olümpiamängudele ja oli sel ajal aasta teine kiireim 1500 m ujumine, purustades meistrivõistluste rekordi. Teda treenib Stefano Morini. 2012. aasta suveolümpiamängudel jõudis 17-aastane itaallane oma esimesele olümpiamängude finaalile neljanda kiirema ajaga 14:50.11. Finaalis lõpetas ta viiendana 14:51,92.