في الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 2012، شارك فيليكس في أربعة أحداث: 100 متر
200 متر، 4 × 100 متر، و 4 × 400 متر، وضعت خامس في 100 متر وفازت بالذهب في الثلاثة الأخرى، وبذلك أصبحت أول امرأة أمريكية تفوز بثلاثة ألقاب ذهبية في ألعاب القوى في الألعاب الأولمبية منذ فلورنس غريفيث جوينر في دورة الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 1988. في أول نهائي لها، نهائي 100 متر، حلت في المركز الخامس بأفضل وقت شخصي 10.89 ثانية. نهائي 200 متر، سباق خسرته مرتين في دورة الالعاب الاولمبية الصيفية 2004 و 2008 للمنافسة الجامايكية، فيرونيكا كامبل-براون، أثبتت نجاحها في المحاولة الثالثة لأنها فازت في 21.88 ثانية، متجاوزة حقل مكدس شملت كامبل-براون، 2012 الأولمبية 100 متر ميدالية ذهبية شيلي آن فريزر برايس، 2012 الأولمبية 100 متر ميدالية فضية كارميليتا جيتر، و 2012 الأولمبية 400 متر ميدالية ذهبية سانيا ريتشاردز روس. فيليكس أطلقت من الكتل ببداية قوية بشكل مفاجئ وكانت على قدم المساواة مع الرياضيين الجامايكيين الذين خرجوا من المنعطف قبل أن يتراجعوا في الـ 50 متر الأخير ليحصلوا على ميدالية ذهبية أولمبية فردية طال انتظارها. شيلي-آن فريزر-برايس فازت بالفضة و المواطنة الأمريكية كارميليتا جيتر فازت بالميدالية البرونزية