Dokonči nasledujúcu vetu: Thomas sa zameral na cykloturistiku v sezóne 2012 a súťažil na Letných olympijských hrách v Londýne. Ako taký, Giro d'Italia bola jeho prioritou, predtým, ako sa zameral na trať. V marci Thomas jazdil v Paríži-Nice, kde pomohol Bradley Wigginsovi získať víťazstvo. Dňa 4. apríla bol Thomas členom britskej posádky, ktorá vyhrala zlato na
Svetové majstrovstvá cyklistiky na trati UCI v Melbourne, s novým svetovým rekordom 3:53.295 sekúnd. Tiež sa spojil s Benom Swiftom, aby získal striebornú medailu v Madisone. Thomas sa potom vrátil na cestu a vyhral prolog Tour de Romandie.