Í sumarólympíuleikunum í London 2012 vann Hardy sína fyrstu ólympíuverðlaun, bronsverðlaun, í 4×100 metra frjálshlaupi með Missy Franklin, Lia Neal og Allison Schmitt, þegar bandaríska liðið endaði í þriðja sæti á eftir liðum frá Ástralíu og Hollandi. Hardy var með 53.53 sekúndur og liðið endaði með 3:34.24, sem er bandarískt met. Hún hlaut einnig gullverðlaun með því að synda fyrir sigurlið Bandaríkjanna í undankeppni 4×100 metra hlé. Í tveimur einstaklingskeppnum sínum endaði hún sjöunda í 50 metra frjálsum stíli
og áttunda í 100 metra frjálsum.