V roce 2012 na letních olympijských hrách USA vyhrály zlatou medaili po čtvrté za pět olympijských her tím, že porazili Japonsko 2:1 před 80 203 fanoušky na stadionu Wembley, což je rekord pro ženský fotbalový zápas na olympijských hrách. Spojené státy postoupily k Japonsku o zlatou medaili po finále Světového poháru žen 2011
, vyhrál Japonec v penalty shoot-out, tím, že vyhrál pravděpodobně jeden z největších her soupeřil pouze vítězstvími zmíněnými výše. V semifinále proti Kanadě, Američané byli třikrát pozadu, než Alex Morgan na hlavu ve třetí minutě z prodloužení na konci 30 minut prodloužení zvedl tým k vítězství 4:3. Morganův vítězný gól (123') je nyní nejnovějším gólem v historii soutěže FIFA. Na olympijských hrách v Londýně USWNT poprvé vyhrála všechny zápasy na cestě k zlaté medaili a stanovila olympijský ženský týmový rekord 16 gólů. Wambach zaznamenal v týmu pět gólů v pěti po sobě jdoucích zápasech, což je americký a olympijský rekord, zatímco Morgan a Rapinoe vedli tým se čtyřmi asistencemi každý, což bylo připisováno jejich týmovému vyrovnání 10 bodů. Tím, že vstřelila oba góly ve finále olympijských her v roce 2012, je Carli Lloyd jedinou ženou v historii, která vstřelila vítězný gól v oddělených zlatých olympijských zápasech (2008 a 2012).