数年前の事ですけれど

数年前に３回ローマを訪れ、その都度ヴァチカンやコロセオに行った記憶をもとにレスを送りますね。
①１2時55分にフィウミチーノ空港→15時頃にヴァチカン美術館に着く。
フィウミチーノ空港からテルミ二駅までの移動は、バスで１回、レオナルドエクスプレスで２回利用しましたが、確実なのは列車だと思いますが、入国審査、荷物受取、空港駅移動で結構時間がかかります。さらに観光が多いとチケット購入で駅の窓口が混雑し、近くに数台ある券売機も同様でした。さらにレオナルドエクスプレスはテルミ二駅の隅っこの離れたところに着きますので、駅構内にたどり着くまでかなり歩きます。JORGEさんのいうようにまず無理と思います。

②15時過ぎにヴァチカン美術館についた場合
私は過去３回オンラインで入場券を購入していきました。入館時間に多少の遅れは認めてくれますが、明らかに遅れるリスクがあるなら購入はしたくないですね。仮に１５時過ぎに着いたとしても、入口のクローズが１６時、閉館が１８時です。駆け足で見るならですが、鑑賞時間は個人差がありますから一概に言えないけれど、広い美術館内を時間に追われて見たくはないです。
翌日にされてはどうですか？長蛇の列を避けるなら、オンラインで入場券を購入するか、ツァー客が少ない開館の9:00よりも少し早めに行くことですね。サン・ピエトロ大聖堂ヘはいかないのですか？

③別案で15時から16時半までにコロッセオとフォロ・ロマーノを両方観る。
これもタイトな計画ですね。フォロ・ロマーノではパラティーノの丘に行かないなら可能でしょう。15時ならコロッセオも長蛇の列が緩和されていると思いますので。私はフォロ・ロマーノの入場口でコロッセオとの共通チケットを購入してフォロ・ロマーノ側から入場しています。その方がコロッセオで並ばなくて済みます。フォロ・ロマーノの入場口は、①コロッセオからベネチア広場に向かうフォリ・インぺリアリ通りの途中②コロッセオからチルコ・マッシモに向かうチェリオ・ヴィべンナ通りの途中の２か所にあります。有効期限が２日間あるので閉館時間を気にせず、翌日も入場できるお得なチケットです。