כתוב המשך לקטע זה - תומאס התמקד ברכיבה על אופניים בעונת 2012, התחרה באולימפיאדת הקיץ בלונדון. ככזה, ג'ירו ד' איטליה היה העדיפות שלו במירוץ כביש, לפני שהפנה את תשומת ליבו למסלול. במארס, תומאס רכב בפריז-ניס, שם הוא עזר לברדלי ויגינס לזכות בניצחון הכללי. ב-4 באפריל, תומאס היה חבר בקבוצת המרדפים הבריטית שזכתה בזהב באליפות העולם באופניים על מסלול.
במלבורן, עם שיא עולם חדש של 3: 53.295 שניות. הוא גם שיתף פעולה עם בן סוויפט כדי לזכות במדליית הכסף במדיסון. תומאס חזר לכביש, וזכה בפרלוג של הטור דה רומנדי.