2012 m. liepos 6 d. Paryžiuje vykusiame "Diamond League" varžybose Greene pasiekė asmeninį rekordą 47,84 sekundės ir užėmė antrą vietą po Javier Culson, kad dar labiau priartėtų prie Britanijos rekordų 400 metrų su kliūtimis. 2012 m. Londono olimpinėse žaidynėse Greene buvo išrinktas Didžiosios Britanijos lengvosios atletikos komandos kapitonu. Pirmuoju 400 m kliūčių varžybų etapu Greene laimėjo 48,98 sekundėmis, tai buvo greičiausias laikas. Pusfinalyje Greene'as lenktyniavo lėtai, baigdamas ketvirtas ir tik kvalifikuojasi į finalą kaip greičiausias pralaimėtojas. Finale Greene'as baigė ketvirtu už 2004 m. olimpinės čempiono Félixo Sánchezo, nustebino amerikietį Michaelą Tinsley ir Javierį Culsoną, bėgdamas lėčiau nei pusfinalyje. Po lenktynių Grinas pripažino didžiulį nusivylimą ir kaltino treniruočių sutrikdymą, kurį sukėlė žiemą patyręs kelių sužalojimas. Greene taip pat nubėgo į finalą
4 × 400 metrų švaistė, kai britų komanda baigė ketvirtą, tik 0,13 sekundės nuo medalio.