2012: Sexy, Free and Single y éxito en Japón

Tras el éxito en el Domo de Kyocera en noviembre del 2011, el grupo se volvió más activo en Japón durante el primer semestre del 2012. El dúo Donghae y Eunhyunklanzaron la versión japonesa de "Oppa, Oppa" debutando en el puesto 2 del ranking diario y semanal de Oricon. Además llevaron a cabo un Fan Meeting en Tokio al cual asistieron 4.500 personas y en donde se mostró un adelanto de la versión en japonés de "Opera". El grupo anuncia que realizará una parada por el Super Show 4 en el Domo de Tokio  el recinto para conciertos más grande en Japón.Las paradas fueron llevadas a cabo los días 12 y 13 de mayo del 2012 llevando a una audiencia de 110.000 personas (55.000 cada día). El 9 de mayo del 2012, se revela el sencillo japonés "Opera", vendiendo 159.798 copias en la primera semana y alcanzando el puesto 1 en el ranking diario de Oricon. 

En junio del 2012, SM Entertainment anunció que Kangin  volvería a unirse al grupo para el sexto álbum Sexy,Free and Single que fue lanzado el 1 de julio de manera digital y el 4 de julio en tiendas. Se reveló el video musical de la canción "Sexy, Free & Single" el 3 de julio. La versión B del álbum fue lanzada el 16 de julio teniendo solo una portada distinta, y las mismas canciones. El 7 de agosto, Super Junior lanzó el álbum repackaged llamado Spy que incluye cuatro nuevas canciones: "SPY", "Outsider", "Only U" (compuesta por Leeteuk)  y "Haru" (compuesta por Donghae) . El video musical de SPY fue lanzado el 13 de agosto del 2012. 

El sexto álbum de Super Junior, SF&S logró aparecer alto en los rankings de iTunes en múltiples países incluyendo Australia, Francia, Perú y Japón. También llegó al puesto 3 en el ranking "World Albums" de Billboard. El álbum debutó en el primer lugar del ranking Gaon de Corea del Sur vendiendo 335,744 copias en solo un mes. El grupo permaneció en el primer lugar del ranking por tres semanas seguidas vendiendo 459,182 copias en dos meses (julio y agosto). Además, el álbum debutó en el puesto 1 del ranking Hanteo y se convirtió en el primer grupo en vender más de 200,000 copias en el año (según este ranking). Super Junior quedo en el primer lugar del "Top 5 K-Pop Artists" de Hanteo para el año 2012, ganando tanto en la categoría "Singer Award" (por ventas totales) como en "Album Award" (por ventas del sexto álbum). 

El album se colocó en el primer lugar por varias semanas del KKBOX K-pop ranking de Taiwán y tuvo a todas las canciones del álbum en la lista. Según rankings oficiales del país, fue el álbum coreano más vendido en el país con 40.000 copias. El 22 de agosto del 2012 se lanzó la versión japonesa de "Sexy, Free & Single" como sencillo, vendiendo más de 122.000 copias y siendo certificado como "Oro" tras vender las primeras 100.000 unidades. 

Super Junior fue nominado como "Mejor Acto Asiático" en los MTV Europe Music Award mostrando una vez más su popularidad global. En octubre del 2012, Super Junior ganó el premio "Ícono de estilo juvenil" en los Style Icon Awards y en noviembre ganaron "Mejor Grupo" en la 19ava entrega de los Entertainment Arts Awards de Corea del Sur. El 30 de noviembre del 2012, el grupo asistió a los Mnet Asian Music Awards, donde ganaron 3 premios: "Álbum del Año", "Mejor Grupo Global" y "Best Line Award", siendo el segundo año consecutivo en que el grupo gana "Álbum del Año" (por ventas). La película Super Show 4 en 3D fue galardonada en el Festival internacional de 3D en la categoría Work of Art, compartiendo el premio con Glam. 

El 15 de enero del 2013, Super Junior ganó el gran premio "Disk Daesang" en la 27º entrega de los Golden Disk Awards por ventas físicas del álbum, siendo el tercer premio de este tipo (después de 2009 con Sorry Sorry y 2011 con Mr. Simple). 
Además del Disk Daesang, Super Junior recibió el premio "MSN Sudeste Asiático" de popularidad y Disk Bonsang. 

El 31 de octubre del 2012, Avex Trax lanza las versiones en DVD, premier package y Blu-ray de SUPER SHOW 4 JAPÓN con el concierto de Osaka , el concierto de Tokio y material especial. En la primera semana de lanzamiento, se reportó que el DVD alcanzó triple corona de victorias en el ranking japonés Oricon tras posicionarse en el puesto 1 en los tres rankin semanales: compilatorio, DVD música y Blu-ray Disc. Super Junior se convirtió en el primer artista masculino extranjero en lograr este récord en Japón.Posterior a esto, Super Junior K.R.Y comenzó una ronda de conciertos especiales de invierno en Japón. LLevaron a cabo tres paradas en Yokohama el 22, 23 y 24 de noviembre; tres paradas en Kobe el 22, 23 y 24 de diciembre y tres paradas en el Nippon Budokan el 22, 23 y 24 de enero del 2013. 

Super Junior pisó suelo sudamericano por primera vez el 2 de noviembre del 2012 junto a MBLAQ, Rania, CNBlue, Davichi y After School, para participar del "Music Bank" realizado en el escenario de la Quinta vergara en viña del mar,Chile y que reunió a más de 8 mil personas en el recinto.