In 2012 won hij de Olympische gouden medaille in de mannen 3 meter springplank.
De Chinese duikers Qin Kai en He Chong verslaan. Hij won ook de zilveren medaille in het gesynchroniseerde springplank van 3 meter voor mannen, naast Evgeny Kuznetsov, en concurreerde in het gesynchroniseerde 10 meter platform voor mannen, met Victor Minibaev. Zakharov werd bekroond met de FINA Mannelijke Duiker van het Jaar 2012.