W grze podwójnej, w parze z Jessicą Pegulą, dotarła do trzeciej rundy turnieju głównego, pokonując w pierwszych rundach znacznie wyżej notowane zawodniczki: Klaudię Jans i Alicję Rosolską oraz Līgę Dekmeijerę wraz z Jeleną Janković. Zagrała także w pierwszej rundzie gry mieszanej.
W styczniu 2012 roku wygrała juniorski Australian Open i to zarówno w grze pojedynczej, jak i podwójnej. W finale singla pokonała Juliję Putincewą, a w finale debla (w parze z Gabrielle Andrews) – parę Irina Chromaczowa i Danka Kovinić.
Pomimo sukcesów amerykański związek tenisowy United States Tennis Association nie chciał dopuścić jej do występu w US Open z powodu nadwagi i zagroził zaprzestaniem finansowania przygotowań i przejazdów zawodniczki. Ostatecznie Townsend sfinansowała występ w turnieju z własnych środków i dotarła do ćwierćfinału. Rodzice zatrudnili też jako trenera Zinę Garrison.
W lipcu 2012 roku odniosła sukces w deblu na trawiastych kortach Wimbledonu. Razem z Eugenie Bouchard pokonały w finale Belindę Bencic i Anę Konjuh 6:4, 6:3. Podczas US Open ponownie zwyciężyła w rywalizacji deblowej dziewcząt. Wspólnie z Andrews pokonały Bencic i Uberalovą 6:4, 6:3.