Í sumarólympíuleikunum í London 2012 endaði Cielo í 6. sæti í 100 metra frjálsum
, með tíma 47.92 sekúndur. Gullinn fór til Nathan Adrian (47.52 sekúndur), James Magnussen (47.53 sekúndur) og Brent Hayden (47.80 sekúndur). Á 50 metra markinu var Cielo fljótastur með 22,60 sekúndur. Í 50 metra frjálsum stíli, þar sem Cielo var uppáhalds til að vinna gull, var hann í fyrsta sæti í hálfleiknum, jafnt með Cullen Jones, með tíma 21,54 sekúndur. En í úrslitakeppninni endaði hann með verri tíma en í undanúrslitunum, en náði að vinna sér þriðja Ólympíumedailinn, brons, með tíma 21.59 sekúndur. Sigurvegarinn var Frakkinn Florent Manaudou með tímanum 21.34 sekúndur. Ólympíurekstur Cielo er 21,30 sekúndur sem var settur árið 2008 og er enn í gildi.