Phiên bản phát hành lại năm 2012 của Titanic, được biết đến với tên gọi khác là Titanic in 3D,[150] được sản xuất bằng cách master lại bản phim gốc sang định dạng độ phân giải 4K và chuyển đổi hậu kỳ sang định dạng 3D lập thể. Phiên bản 3D của Titanic tốn 60 tuần để thực hiện với kinh phí 18 triệu USD, bao gồm cả việc phục hồi sang độ phân giải 4K.[151] Công đoạn chuyển đổi phim sang định dạng 3D do công ty Stereo D thực hiện[152] còn Sony và Slam Content's Panther Records đảm nhận việc master lại phần âm thanh.[153] Các phiên bản 2D kỹ thuật số và IMAX 2D cho lần phát hành 2012 cũng được sản xuất từ bản phim 4K master lại mới này.[154] Với lần ra mắt ở định dạng 3D, Cameron sử dụng bản phim Super 35 gốc và thay đổi tỷ lệ khung hình từ 2:35:1 sang 1:78:1, cho phép khán giả xem được nhiều hình ảnh ở phía đỉnh và đáy màn hình hơn.[155] Cảnh duy nhất được làm mới hoàn toàn cho lần phát hành này là hình ảnh bầu trời Rose nhìn thấy khi lênh đênh trên biển sau khi tàu chìm, vào rạng sáng ngày 15 tháng 4 năm 1912. Phân cảnh này được thay thế bằng cảnh bầu trời chính xác hơn, khớp với cách bố trí sao (và cả dải Ngân Hà) trên bầu trời Bắc Đại Tây Dương vào thời điểm tháng 4 năm 1912. Nhà vật lý thiên văn Neil deGrasse Tyson là người đề xuất sửa chữa cảnh này; ông chỉ trích rằng cách sắp xếp sao trong bộ phim 1997 là không thực tế. Ông đồng ý gửi cho đạo diễn Cameron một bức ảnh bầu trời chính xác vào thời điểm đó, và đạo diễn sử dụng bức ảnh làm cơ sở để dựng lại cảnh này.[156]

Hình ảnh dải Ngân Hà chính xác đã được sử dụng để thay thế hình ảnh bầu trời đêm không trăng cũ Rose nhìn thấy. Đây là một tấm ảnh ví dụ về hình ảnh dải Ngân Hà quan sát từ Đài thiên văn Paranal. Hình ảnh trong phim được điều chỉnh cho đúng với thực tế ở Bắc Đại Tây Dương vào thời điểm 4:20 sáng ngày 15 tháng 4 năm 1912.

Phiên bản 3D của Titanic ra mắt tại Hội trường Royal Albert ở London vào ngày 27 tháng 3 năm 2012, với sự có mặt của James Cameron và Kate Winslet,[157][158] và được phát hành rộng rãi vào ngày 4 tháng 4 năm 2012, sáu ngày trước ngày kỷ niệm 100 năm con tàu RMS Titanic khởi hành chuyến ra khơi đầu tiên.[159][160][161] Buổi lễ ra mắt phim được truyền hình trực tiếp trên trang web live.titanicredcarpet.com, và ngoài ra, khán giả hâm mộ toàn thế giới có thể tham gia theo dõi, đặt câu hỏi và giao lưu với đoàn làm phim thông qua trang Facebook và Twitter chính thức.[162]

Nhà phê bình điện ảnh Peter Travers của tạp chí Rolling Stone cho Titanic 3D 3,5 trên 4 sao, viết rằng ông nhận thấy nó "gây ấn tượng khá là khủng khiếp". Ông nói, "Công nghệ 3D làm Titanic có chiều sâu hơn. Bạn được ở đó. Có một cảm giác chưa từng thấy trong một bản anh hùng ca quen thuộc đã giành được chỗ đứng trong tiến trình lịch sử của ngành điện ảnh."[163] Biên tập viên của tạp chí Entertainment Weekly, Owen Gleiberman cho bộ phim điểm A. Ông viết, "Lần này, kỹ xảo hình ảnh trong phim 3-D không u ám hay làm người xem rối mắt. Chúng thật sinh động, có hồn và gây được nhiều cảm xúc."[164] Còn Richard Corliss của tạp chí Time, người tỏ ra rất khắt khe với bộ phim năm 1997, vẫn giữ quan điểm tương tự, "Phản ứng của tôi cũng vẫn gần giống như lần trước: bộ phim đáng sợ thất thường, hầu như toàn nước." Nói về các hiệu ứng 3D, ông viết rằng "việc chuyển đổi sang 3D một cách cẩn trọng mang tới thêm "chất" và gây ấn tượng ở một số khoảnh khắc nhất định... [nhưng] để tách biệt các đối tượng xa gần trong mỗi phân cảnh, những người chuyển đổi đã khiến hình ảnh trở nên rời rạc, thiếu thống nhất."[165] Ann Hornaday của báo The Washington Post tự hỏi bản thân mình rằng "liệu những giá trị về chủ nghĩa nhân đạo và hình ảnh hoành tráng của bộ phim có được nâng cao với phiên bản 3-D của Cameron hay không, và câu trả lời là: không." Cô còn nhận xét thêm rằng "việc chuyển đổi sang 3-D vô tình gây ra khoảng cách ở những chỗ đáng ra cần sự liền mạch, đó là chưa kể đến một số khoảnh khắc kỳ cục vì lỗi khung hình và ghép cảnh."[166]

Bộ phim thu về ước tính 4,7 triệu USD trong ngày đầu tiên ra rạp ở Bấc Mỹ (tính cả các suất chiếu thử vào lúc nửa đêm) và đạt doanh thu 17,3 triệu USD trong dịp cuối tuần đầu tiên, đứng vị trí thứ ba.[167][168] Ở ngoài Bắc Mỹ phim mang về 35,2 triệu USD, đứng ở vị trí thứ hai về lợi nhuận,[169] và tới dịp cuối tuần tiếp theo, phim nhảy lên đứng đầu bảng xếp hạng doanh thu phòng vé với 98,9 triệu USD lợi nhuận.[170] Trung Quốc là thị trường thành công nhất của phim, nơi nó thu về 11,6 triệu USD trong ngày đầu tiên công chiếu,[171] và lập kỷ lục về doanh thu tại đây với 67 triệu USD trong tuần đầu tiên ra mắt, nhiều hơn tổng doanh thu năm 1997 của phim tại quốc gia này.[170] Phiên bản phát hành lại này cuối cùng đã mang về tổng cộng 343,4 triệu USD toàn cầu, trong đó 145 triệu USD đến từ Trung Quốc và 57,8 triệu USD đến từ Canada và Hoa Kỳ.[172]

Tại một số vùng lãnh thổ ngoài Bắc Mỹ, phiên bản 3D của Titanic còn được phát hành dưới định dạng 4DX, cho phép người xem trải nghiệm thực tế bối cảnh của phim với các hiệu ứng đặc biệt hỗ trợ như thiết bị chuyển động, gió, khói, ánh sáng và mùi.[173][174][175] Ở Trung Quốc, Cục quản lý Phát thanh - Truyền hình - Điện ảnh nước này đã cho cắt bỏ phần hình ảnh từ ngực tới chân của Kate Winslet trong phân cảnh khoả thân của cô, và giải thích rằng, "Nhận thấy những hiệu ứng sống động của phim 3D, chúng tôi lo ngại người xem có thể đưa tay chạm vào hình ảnh, làm gián đoạn việc xem phim của người khác. Để tránh tranh luận và nhằm xây dựng một môi trường đạo đức xã hội lành mạnh, chúng tôi đã cắt bỏ những cảnh nhạy cảm trong phim."[176] Hành động này bị nhiều người hâm mộ bộ phim tại Trung Quốc phản đối. Một khán giả nước này viết rằng, "Chúng tôi đợi chờ 15 năm để được xem những con người 3D chứ không phải để xem những tảng băng 3D."[176][177]

Phát hành tại Việt Nam

Titanic 3D khởi chiếu tại Việt Nam vào ngày 18 tháng 5 năm 2012, bằng ngôn ngữ gốc là tiếng Anh cùng phụ đề tiếng Việt.[178][179] Đây cũng là lần đầu tiên bộ phim được công chiếu tại các rạp ở Việt Nam.[180]

Nhìn chung, phiên bản 3D của Titanic nhận được những ý kiến phản hồi tích cực từ truyền thông Việt Nam. Cả chuyên trang Giải trí của báo điện tử VnExpress và chuyên mục iOne đều có bài bình luận về phim. Tác giả Nguyên Minh của chuyên trang Giải trí gọi đây là "một người bạn cũ lâu ngày không gặp của mỗi một khán giả từng biết đến và yêu mến bộ phim", viết rằng "Khi xem lại trên màn ảnh rộng, mỗi cảnh phim đều sẽ đem tới cho ta sự bồi hồi, thổn thức như khi lần đầu thưởng thức nó qua màn ảnh nhỏ." Ông ca ngợi khả năng bảo quản bản phim nhựa Titanic của đạo diễn Cameron, giúp cho phiên bản kỹ thuật số tái dựng "mượt mà, không có tì vết thời gian", và nhận xét rằng, "Hiệu ứng 3D của phim không tương tác với khán giả mà tập trung nhiều vào chiều sâu của hình ảnh." Và cuối cùng ông kết luận, "Titanic quả thực là bộ phim đem tới cho nhiều khán giả những cảm xúc mãnh liệt, dù ở thời đại nào đi chăng nữa."[180] Tác giả 57 Bananas của iOne cũng có quan điểm tương tự, viết rằng "Dù là năm 1997, công nghệ kỹ thuật số chưa hiện đại như bây giờ nhưng đạo diễn James Cameron đã có thể tạo nên những cảnh quay hoành tráng, khiến người xem thực sự choáng ngợp. Cảnh hành khách hoảng loạn bỏ chạy khi nước ngập kín các khoang hay cảnh con tàu kiêu hãnh gãy làm đôi chìm xuống đáy đại dương quả thực là những thước phim vô giá đã đi vào lịch sử điện ảnh."[181] Tác giả Thoa Nguyễn nhận xét rằng, "Bộ phim Titanic 3D xứng đáng là một hoài niệm bi tráng về quá khứ và đồng thời là tác phẩm nghệ thuật đương đại."[182] Phóng viên Cobain P ca ngợi cách kể chuyện của bộ phim, cho rằng Cameron đã "kết hợp hài hòa giữa thể loại tình cảm với những thước phim như phim tài liệu khoa học, giữa lời dẫn chuyện của nhân vật Rose khi về già ở thời điểm hiện tại với câu chuyện đắm tàu trong quá khứ", đồng thời gọi bộ phim là "màn phô diễn kỹ xảo hoành tráng làm choáng ngợp thị giác lẫn thính giác [khán giả]" và "một tuyệt phẩm mà bạn phải xem".