Dokončete následující větu: Na olympiádě v Londýně, Fraser-Pryce vyhrála 100 metrů a semifinále v 11.00 s a 10.85 s. Do finále postoupila jako druhá nejrychlejší kvalifikovaná za Carmelitou Jeterovou, která běžela 10,83 s v každém ze svých kolech. V
V závěrečném závodě na 100 m byla Fraser-Pryce nejrychlejší z bloků s Jeterem v těsném pronásledování a nakonec se naklonila k cílové čáře pro úzké vítězství, aby obhájila svůj titul. Její čas 10,75 s byl druhý nejrychlejší v historii olympijských her v té době, zatímco závod sám o sobě byl nejrychlejším olympijským finále na 100 m, které umístilo šest žen pod 11 sekund. Jeter získal stříbro v nejlepší sezónní rychlosti 10,78 s, což je nejrychlejší čas druhého místa v historii olympijských her, a Campbell-Brown získal bronz v 10,81 s. S jejím vítězstvím se Fraser-Pryce připojila k Američanům Wyomia Tyus (1964, 1968) a Gail Devers (1992, 1996) jako jediné ženy, které bránily olympijský titul na 100 m. O několik dní později v finále na 200 m, Fraser-Pryce snížila svůj osobní rekord na 22,09 s. Nicméně, nebyla schopna překonat Allyson Felix z USA, která získala zlato v 21,88 s. Fraser-Pryce později získala druhou stříbrnou medaili v štafetě 4 × 100 m, běžela po boku Campbell-Brown, Sherone Simpson a Kerron Stewart. Jejich finální čas 41,41 s byl novým jamajským rekordem, ale daleko za světovým rekordem Spojených států 40,82 s.