Đội ngũ y bác sĩ tại bệnh viện phải đương đầu với hàng loạt rắc rối liên quan đến đời sống tình cảm và quyền lực cá nhân. Trong khi Bailey nỗ lực thích ứng với cương vị người phụ nữ quản lý bệnh viện bên cạnh mối quan hệ với chồng, Maggie đối mặt áp lực từ mối tình lệch tuổi, còn Amelia tiếp tục chiến đấu chống lại những nỗi đau nội tâm âm ỉ. Sau khi trải qua một cuộc hành hung tàn bạo, Meredith bất ngờ tìm được sự che chở và tình cảm ở nơi không ai ngờ tới. Cùng lúc đó, Callie và Arizona bước vào cuộc chiến giành lấy sự sống, còn bầu không khí tại cơ sở y tế trở nên căng như dây đàn khi Amelia và Meredith giáp mặt với vị bác sĩ từng gián tiếp dẫn đến cái chết của Derek. Ca Phẫu Thuật Của Grey (Phần 12) là bộ phim chính kịch dài 24 tập với thời lượng 43 phút mỗi tập, có sự góp mặt của Ellen Pompeo, Chandra Wilson, Kevin McKidd, James Pickens Jr. và Camilla Luddington.