In de Olympische Zomerspelen van 2012 wonnen de VS voor de vierde keer in vijf Olympische Spelen de gouden medaille door Japan 2 tegen 1 te verslaan voor 80.203 fans in het Wembley Stadium, een record voor een voetbalwedstrijd voor vrouwen op de Olympische Spelen. De Verenigde Staten gingen naar Japan voor de gouden medaille na de 2011 Women's World Cup Finale
, gewonnen door de Japanners in een strafschietpartij, door het winnen van misschien wel een van de grootste wedstrijden alleen wedijverd door de hierboven genoemde overwinningen. In de halve finale tegen Canada waren de Amerikanen drie keer achter, voordat Alex Morgan's kopslag in de derde minuut van de blessuretijd aan het einde van 30 minuten extra tijd de ploeg naar een 4 tegen 3 overwinning bracht. Morgan's winnende doelpunt (123 ') is nu de nieuwste telling ooit in een FIFA-competitie. De Olympische Spelen van Londen waren de eerste keer dat de USWNT alle wedstrijden won op weg naar de gouden medaille en een Olympisch vrouwen record van 16 doelpunten scoorde. Wambach scoorde een team-leidende vijf doelpunten in vijf opeenvolgende wedstrijden, wat een Amerikaanse en Olympische record is, terwijl Morgan en Rapinoe het team leidden met vier assists per stuk, wat werd toegeschreven aan hun team-hoogste gelijkstelling van 10 punten. Door beide doelpunten te scoren in de finale van de Olympische Spelen van 2012, is Carli Lloyd de enige vrouw in de geschiedenis die het winnende doelpunt scoorde in afzonderlijke gouden Olympische wedstrijden (2008 en 2012).