Mellouli vann 2 verðlaun (1 gull í 10 km maraþoni og 1 brons í
1500m frjáls) á Ólympíuleikunum 2012 sem haldnir voru í London, Bretlandi. Hann varð fyrsti einstaklingurinn til að vinna verðlaun í bæði sundlaug og opnum vatni í sömu Ólympíuleikunum.