השלים את המשפט הבא: לאחר שהוכרחה לתחרות באולימפיאדת הקיץ 2012, מיילאוטיטה הפכה לשחיינית הליטאית הצעירה ביותר שהתחרתה במשחקים האולימפיים המודרניים. באירוע הראשון שלה, 100 מטר בחזה, מילאטיטה הגיע למקום הראשון, עם זמן של 1:05.56, ושבר את שיא השחייה הלאומי של ליטא עבור 100 מטר בחזה. במחצית הגמר של 100 מטר חזה, מיילוטייטה גם הגיע למקום הראשון, על ידי שבירת שיא השחייה הליטאי שלה שהוקם בעבר, והיא גם שברה את שיא האירופאי של 100 מטר חזה של נשים, עם זמן של 1:05.21. במהלך הגמר של 100 מטר, היא זכתה במדליית הזהב, עם זמן של 1:05.47. Meilutytė גם התחרה ב
50 מטר חופשי, שם היא לא הצליחה להתקדם לחצי הגמר למרות ניצחונה בלהט שלה והגדרת שיא לאומי חדש של 25.55 שניות, וב-100 מטר חופשי.