השלים את המשפט הבא: באולימפיאדת לונדון, פרייזר-פרייס ניצחה ב-100 מטר ובמחצית הגמר ב-11.00 וש 10.85 שניות בהתאמה. היא התקדמה לגמר כמתחרה שנייה הכי מהירה אחרי קרמליטה ג'טר, שירצה 10.83 שניות בכל אחד מהסבבים שלה. בגמר של 100 מטר, פרייזר-פרייס הייתה המהירה ביותר מהבלוקים עם ג'יטר במרדף קרוב, והיא בסופו של דבר נשענת על קו הסיום עבור ניצחון צר כדי להגן על התואר שלה. הזמן שלה של 10.75 שניות היה השני המהיר ביותר בהיסטוריה האולימפית באותה עת, בעוד שהמרוץ עצמו היה הגמר האולימפי המהיר ביותר של 100 מטר, שם שש נשים מתחת ל-11 שניות. ג'יטר זכה בכסף עם הזמן הטוב ביותר של העונה, 10.78 שניות, הזמן המהיר ביותר של רץ שני בהיסטוריה האולימפית, וקמפבל-בראון זכה ברונזה ב-10.81 שניות. עם הניצחון שלה, פרייזר-פרייס הצטרפה לאמריקאיות וויומיה טייוס (1964, 1968) וגייל דברס (1992, 1996) כנשים היחידות שהגנה על תואר אולימפי ב-100 מטר. כמה ימים לאחר מכן, בגמר של 200 מטר, פרייזר-פרייס הורידה את השיא האישי שלה ל-22.09 שניות. עם זאת, היא לא הצליחה להתעלות על אליסון פליקס מארה"ב, שזכתה בזהב ב-21.88 שניות. פרייזר-פרייס זכתה מאוחר יותר במדליית כסף שנייה ב
4 × 100 מטר, רץ לצד קמפבל-בראון, שרון סימפסון וקרון סטיוארט. זמן הסיום שלהם של 41.41 שניות היה שיא ג'מייקני חדש, אבל הרבה מאחורי השיא העולמי של ארצות הברית של 40.82 שניות.