En juin 2012, au Stade du Lac de Maine d'Angers, Florian Carvalho devient champion de France du 1 500 m pour la deuxième année consécutive, en devançant Yoann Kowal et Simon Denissel[5]. Il participe aux championnats d'Europe d'Helsinki et remporte la médaille d'argent de l'épreuve du 1 500 m en 3 min 46 s 33, devancé de 13/100e de seconde seulement par le Norvégien Henrik Ingebrigtsen, dans une course très serrée où le Français avait pris la tête de la course à 200 mètres de l'arrivée[6]. Sélectionné pour les Jeux olympiques de 2012, à Londres, il ne parvient pas à franchir le cap des demi-finales.
Cinquième du 3 000 m lors des championnats d'Europe en salle de Göteborg en 2013, il améliore durant l'hiver ses records personnels en salle du 1 500 m (3 min 40 s 41) et du 3 000 m (7 min 45 s 77). Début juillet, lors du Meeting Areva de Paris-Saint-Denis, Florian Carvalho porte son record personnel en plein air du 1 500 m à 3 min 33 s 47[7]. Il confirme son rang quelques jours plus tard aux championnats de France, au Stade Charléty de Paris, en décrochant son troisième titre national d'affilée sur 1 500 m, devant Simon Denissel et Bouabdellah Tahri.
Le 19 mai 2018, il termine huitième de la Coupe d'Europe du 10 000 mètres à Londres en 28 min 6 s 78. Ce temps lui permet de se qualifier sur cette distance pour les Championnats d'Europe de Berlin[10].
Le 14 avril 2019, il s'aligne sur le marathon de Paris et se classe 11e.
Il se classe, le 17 octobre 2020 à Gdynia en Pologne, 27ème sur 122 partants (et deuxième Français) du championnat du monde de semi-marathon dans le temps d'une heure et 58 secondes.
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