השלים את המשפט הבא: באולימפיאדת הקיץ 2012, פליקס התחרה בארבעה אירועים: 100 מטר, 200 מטר, 4 × 100 מטר, ו 4 × 400 מטר, והגיע למקום החמישי ב 100 מטר וזכה בזהב בשלושה האחרים, ובכך הפכה לאישה האמריקאית הראשונה לזכות בשלושה מדליות זהב באתלטיקה באולימפיאדה מאז פלורנס גריפית-ג'וינר באולימפיאדת הקיץ 1988. בגמר הראשון שלה,
בגמר של 100 מטר, היא הגיע למקום החמישי עם שיא אישי של 10.89 שניות. בגמר 200 מטר, מרוץ שהיא הפסידה פעמיים באולימפיאדת הקיץ 2004 ו-2008 ליריבה הג'מייקנית, ורוניקה קמפבל-בראון, הוכח כניסיון שלישי מוצלח שלה, שכן היא ניצחה ב-21.88 שניות, וניצחה את קבוצת המתחרים המורכבת שכוללת את קמפבל-בראון, את זוכת מדליית הזהב באולימפיאדת 100 מטר 2012, שלי-אן פרייזר-פרייס, את זוכת מדליית הכסף באולימפיאדת 100 מטר 2012, קרמליטה ג'טר, ואת זוכת מדליית הזהב באולימפיאדה 400 מטר 2012, סניה ריצ'ארדס-רוס. פליקס יצאה מהבלוקים עם התחלה חזקה באופן מפתיע והייתה שווה עם הספורטאים הג'מייקנים שיצאו מהמעגל לפני שהתרחקו ב-50 המטרים האחרונים כדי לזכות במדליית הזהב האישית האולימפית שלה. שלי-אן פרייזר-פרייס זכתה במדליית הכסף, והאמריקאית קרמליטה ג'יטר זכתה במדליית הברונזה.