Mellouli voitti kaksi mitalia: kultaisen 10 kilometrin maratonijuoksun ja pronssin 1500 metrin vapaastijuoksun.
) vuoden 2012 kesäolympialaisissa Lontoossa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Hänestä tuli ensimmäinen ihminen, joka voitti mitalit sekä uima- että avoveden uimisissa samassa olympialaisissa.