Inledningsvis uppgavs elva personer ha omkommit i olyckan, men kroatisk polis uppgav senare att ytterligare en person avled på sjukhus till följd av sina skador.
Sammanlagt 43 personer färdades i bussen. Den troligaste orsaken till olyckan är att busschauffören somnade vid ratten, rapporterar en kroatisk statlig tv-kanal.
Olyckan ska ha inträffat klockan 05.40 på morgonen, fem mil norr om Kroatiens huvudstad Zagreb. Motorvägssträckan är hårt trafikerad under turistsäsongen.
Bussen var fylld av pilgrimer på väg mot byn Medjugorje, en katolsk helgedom i södra Bosnien och Hercegovina, uppger den polska premiärministern Mateusz Morawiecki.
Bussen ska ha startat i närheten av Polens huvudstad Warszawa.