Yi vstoupil na olympiádu v roce 2012 jako číslo jedna na světě v 10m vzduchovky. V olympijských soutěžích
V předběžném kole získala 399 bodů ze 400 možných, a vyrovnala se na prvním místě se Sylviou Bogackou. Ve finále v Royal Artillery Barracks získala skóre 10+ na každém střelu, zatímco Bogacka měla nákladnou 9,7 na střelu osm z deseti. Yi tak v finále porazil Sylviu Bogacku 103,9 na 103,2 a vyhrál první zlatou medaili letních olympijských her 2012 s celkovým skóre 502,9. O svém vítězství Yi komentovala: "Moje stabilita mi dnes hodně pomáhá a zároveň si myslím, že mám docela štěstí".