Chambers został wpisany do brytyjskiej drużyny na Igrzyska Olimpijskie w Londynie w 2012 roku po tym, jak selektorzy wzięli pod uwagę jego zwycięstwo w zawodach i jego czasy z poprzedniego roku. Biorąc pod uwagę nagły zwrot w jego fortuna, powiedział: "Dla mnie reprezentowanie mojego kraju na Igrzyskach Olimpijskich jest przywilejem, który nigdy nie powinien być traktowany jako oczywisty. Możliwość tego w moim rodzinnym mieście była marzeniem, które czasem wydawało się bardzo odległe, a teraz stało się rzeczywistością". Powrócił do brytyjskiej drużyny sztafetowej na Mistrzostwach Europy w lekkoatletyce 2012 po sześciu latach nieobecności, ale nieudana zmiana batonu sprawiła, że drużyna została zdyskwalifikowana. Na Igrzyskach Olimpijskich wygrał wyścig na 100 metrów w najlepszym sezonie 10,02 sekundy, z legalnym 2,0 m / s wiatrem, w swoim pierwszym wyścigu olimpijskim od dwunastu lat. Był w tym samym półfinale co Usain Bolt, ale wynik 10.05 sekundy Chambersa oznaczał, że nie dostał się do finału. Jego igrzyska olimpijskie zakończyły się w zawodzie 4×100 metrów.
Brytyjska drużyna dokonała nielegalnej wymiany batonów.