Ваша строка формата и строка даты не совпадают.
Вы, кажется, забыли часть часов или минут в строке даты.
Это:
var dateTime = "2012-03-21_15.12";
Должно быть похоже на:
var dateTime = "2012-03-21-15_54.12";
И я предлагаю использовать DateTime.ParseExact
:
DateTime.ParseExact("2012-03-21-16_15.12",
"yyyy-MM-dd-HH_mm.ss",
CultureInfo.InvariantCulture,
DateTimeStyles.None)