Setelah kekecewaan di dua Olimpiade sebelumnya ketika ia gagal lolos ke final 100 m, ia menjadi Kanada pertama yang melakukannya dalam acara renang glamor sejak Dick Pound pada tahun 1960. Dia kemudian memenangkan medali perunggu untuk Kanada di Olimpiade Musim Panas 2012 di 100 m gaya bebas setelah awal yang kuat menempatkannya dalam pertarungan medali pada giliran. Emas dan perak diraih oleh Nathan Adrian dari Amerika Serikat dan juara dunia James Magnussen dari Australia, sementara Hayden mengalahkan Yannick Agnel dan César Cielo untuk posisi ketiga; medali juga diberikan oleh Dick Pound. Meskipun hanya medali perunggu, medali itu adalah penebusan bagi Hayden, yang terlihat gembira karena akhirnya memenangkan medali Olimpiade. Dengan medali Olimpiade akhirnya dalam genggamannya, ia mengatakan bahwa "Ada begitu banyak kali ketika Anda dapat bermimpi tentang sesuatu tapi satu juta dari satu juta dan satu kali itu tidak akan menjadi kenyataan. Ini adalah salah satu hal yang saya sangat beruntung sebagai manusia yang telah terjadi pada saya. " Hayden mengumumkan pengunduran dirinya dari olahraga setelah 4 × 100 meter medley relay
di Olimpiade tetapi mengatakan dia percaya tim renang Kanada untuk berkembang di masa depan, mengatakan bahwa "Saya pikir dalam skema besar hal-hal, dengan orang-orang yang kita miliki, kita telah melakukan pekerjaan yang luar biasa... Selama kita terus membangun momentum itu, saya pikir kita akan melihat lebih banyak keberhasilan datang dari lebih beragam acara. "