Voltooi de volgende zin: Thomas concentreerde zich op het wielrennen voor het seizoen 2012, waarbij hij deelnam aan de Olympische Zomerspelen in Londen. Als zodanig was de Giro d'Italia zijn prioriteit voor de wegrace, voordat hij zijn aandacht richtte op het circuit. In maart reed Thomas naar Parijs/Nice, waar hij Bradley Wiggins hielp de overwinning te behalen. Op 4 april was Thomas lid van het Britse team dat goud won op de
UCI Track Cycling World Championships in Melbourne, met een nieuw wereldrecord van 3:53.295 seconden. Hij werkte ook samen met Ben Swift om de zilveren medaille in de Madison te winnen. Thomas keerde vervolgens terug naar de weg en won de proloog van de Tour de Romandie.