6. heinäkuuta 2012 pidetyssä Diamond League -kilpailussa Pariisissa Greene juoksi 47.84 sekunnin henkilökohtaisen parhaan pisteen ja pääsi toiseksi Javier Culsonin jälkeen. Hän pääsi vielä lähemmäs Britannian ennätystä 400 metrin esteellä. Greene valittiin Lontoon olympialaisten kapteeniksi. Ensimmäisessä kierroksessa Greene voitti 400 metrin esteet -kilpailun 48.98 sekunnissa, joka on kierroksen nopein aika. Semifinaaleissa Greene juoksi hitaasti, pääsi neljänneksi ja pääsi vain finaaliin nopeimmaksi häviäjäksi. Viimeisessä Greene pääsi neljänneksi vuoden 2004 olympialaismestari Félix Sánchezin, yllätysamerikkalainen Michael Tinsley ja Javier Culsonin jälkeen. Hän juoksi hitaammin kuin puolifinaalissa. Kilpailun jälkeen Greene myönsi olleensa pettynyt ja syyttänyt harjoittelunsa keskeytystä polven vamman takia talvella. Greene juoksi myös 4 × 400 metrin risteyksen finaaliin.
Britannian joukkue oli neljäs, vain 0,13 sekunnin päässä mitaalista.