Després de la decepció en els dos Jocs Olímpics anteriors quan no va aconseguir la final dels 100 metres, es va convertir en el primer canadenc que ho va fer en l'esdeveniment de glamur de la natació des de Dick Pound el 1960. Va guanyar la medalla de bronze per al Canadà als Jocs Olímpics d'estiu de 2012 en els 100 m estil lliure després d'un fort començament que el va posar en la disputa de medalles al gir. L'or i la plata van anar a l'americà Nathan Adrian i el campió del món James Magnussen d'Austràlia, mentre que Hayden va vèncer a Yannick Agnel i César Cielo per tercer; les medalles també van ser presentades per Dick Pound. Tot i que només era una medalla de bronze, la medalla va ser una redempció per a Hayden, que estava visiblement extasiat per guanyar una medalla olímpica per fi. Amb la seva medalla olímpica finalment en la seva possessió, va dir que "Hi ha tantes vegades que pots somiar amb alguna cosa, però un milió de milions i una vegada no es farà realitat. Aquesta va ser una de les coses que vaig ser molt afortunat com a ésser humà que m'hagués passat". Hayden va anunciar el seu retirat de l'esport després del releu de 4×100 metres
en els Jocs Olímpics, però va dir que creia que l'equip canadenc de natació prosperaria en el futur, dient que "creo que en el gran esquema de les coses, amb la gent que tenim, hem fet una feina increïble... Mentre continuem construint aquest momentum, crec que veurem més èxit procedint d'esdeveniments més diversos".