Ljúka eftirfarandi setningu: Á Ólympíuleikunum í London 2012 vann Agnel alls þrjú verðlaun: tvö gull og eitt silfur. Í sínu fyrsta viðburði lagði Agnel fast í 4 × 100 metra frjáls stýri til að vinna gull með Amaury Leveaux, Fabien Gilot og Clément Lefert. Agnel var fær um að skera það niður í 0,30 sek á 350 metra mark. Á síðustu 50 metrum komst Agnel fram fyrir Ryan Lochte og Frakkland vann með tíma 3:09:93 á móti tíma Bandaríkjanna 3:10:38. Agnel synti hraðasta tíma í öllu vellinum með tíma 46.74, eini einstaklingurinn til að brjóta 47 sekúndur. Daginn eftir vann Agnel annað gullverðlaunin sín í 200 metra frjálsum stíli með tíma 1:43.14, sem er hraðasta í frönsku sundsögunni og 1,79 sekúndur á undan silfurverðlauna Sun Yang og Park Tae-hwan. Í úrslitakeppninni leiddi Agnel frá upphafi til enda og skráði tíma 50,64 á fyrstu 100 metrunum og 52,50 á síðustu 100 metrunum. Tími hans 25.98 á síðustu 50 metrum var langhraðasti á vellinum. Agnel vann sína lokaverðlaun, silfurverðlaun, í 4 × 200 metra frjálsri stafíu á bak við Bandaríkin með Amaury Leveaux, Grégory Mallet og Clément Lefert. Hann var fljótasti á sviði í úrslitakeppninni með tíma 1:43.24 sem ankrastigið. Í lokakeppni sinni,
Á 100 metra frjálsum, Agnel endaði í fjórða sæti í persónulegum besta tíma 47.84, 0.04 s af sekúndu utan medalíu. Evrópska sundsambandið útnefndi Agnel karlkyns Evrópumaður ársins 2012.