Chambers byl jmenován do britského týmu na olympijské hry v Londýně v roce 2012, poté co rozhodčí zohlednili jeho vítězství v závodech a jeho časy z předchozího roku. Vzhledem k náhlému obratu v jeho bohatství, řekl: "Pro mě představuje svou zemi na olympiádě je výsada, která by nikdy neměla být považována za samozřejmost. Mít příležitost tak učit ve svém rodném městě byl sen, který se mi někdy zdál velmi vzdálený, a nyní se stal skutečností". Po šestileté nepřítomnosti se vrátil do britské štafety na Mistrovství Evropy v atletice 2012, ale kvůli špatné výměně tyče byl tým diskvalifikován. Na olympijských hrách vyhrál 100 metrů za nejlepší sezónní čas 10,02 sekundy, s legálním větrem 2,0 m / s, ve svém prvním olympijském závodě po dvanácti letech. Byl vylosován ve stejném semifinále jako Usain Bolt, ale Chambersův běh 10,05 sekund na čtvrtém místě znamenal, že se nedostal do finále. Jeho olympijské hry skončily ve střídačce 4 × 100 metrů.
jako britský tým udělal nelegální výměnu hůlky.