أكمل الجملة اللي جاية: في دورة الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 2012، اعتبرت سون المفضلة في سباق 400 متر و
1500 متر حرة، وكمان متنافس في 200 متر حرة. في أول حدث له ، سباق 400 متر حرة ، فاز بالميدالية الذهبية مع وقت 3: 40.14 ، كسر الرقم القياسي الأولمبي الذي كان يحمله إيان ثورب سابقًا وأصبح أول سباح صيني يربح ميدالية ذهبية في الألعاب الأولمبية. كان وقته ثالث أسرع وقت في التاريخ ، بعيد 0.07 ثانية عن الرقم القياسي العالمي ، ووضع رقم قياسي آسيوي جديد. بعد يوم من التعافي، تنافست سون في سباق 200 متر بحرية. فاز بميدالية فضية في النهائي ، متساوية مع بارك تاي-هوان مع وقت 1: 44.93 ، وهو رقم قياسي وطني جديد. في اليوم التالي ، سبح سان في قدم المرساة في سباق التتابع الحر 4 × 200 متر لمساعدة الفريق الصيني على الفوز بالبرونز ، وهي أول ميدالية أولمبية للصين في سباق التتابع للرجال.