১১-ই মে ২০১২, ব্রাজিল অলিম্পিক ফুটবল দলের হয়ে লন্ডন ২০১২ অলিম্পিক গেইম খেলার জন্য নেইমারকে ডাকা হয়। ২০-জুলাই ২০১২, ব্রাজিলের প্রথম ওয়ার্ম আপ ম্যাচে রিভারসাইড স্টেডিয়ামে স্বাগতিক গ্রেট ব্রিটেনের বিপক্ষে তিনি এক গোল এবং একটি এসিস্ট করেন। এই ম্যাচে ব্রাজিল ২-০ গোলে জয় পায়। ২৬-ই জুলাই ২০১২, নেইমার ২০১২ গ্রীষ্মকালীন অলিম্পিকের প্রথম গোল করেন ব্রাজিলের প্রথম ম্যাচ ইজিপ্টের বিপক্ষে। এই ম্যচে ব্রাজিল ৩-২ গোলে জয় পায়। পরবর্তী ম্যাচে বেলারাসের বিপক্ষে নেইমার ২৫ গজ দূর থেকে ফ্রি-কিক থেকে গোল দেন, ডান দিক হতে অ্যালেক্সান্ডার পেতোকে এসিস্ট এবং অস্কারকে ব্যাকহিলের মাধ্যমে এসিস্ট করেন। ব্রাজিল ৩-১ গোলে জয়লাভ করে কোয়ার্টার ফাইনালে নিজেদের জায়গা করে নেয়। ম্যাচের পর নেইমার বলেন, "আমি এক গোল ও দুই এসিস্ট করেছি, আমার পক্ষে থেকে এটা পারফেক্ট ছিল।" ৫-ই আগস্ট ২০১২, কোয়ার্টার ফাইনালে ব্রাজিল মুখোমুখি হয় হনডুরাসের বিপক্ষে। সেইন্ট জেমস পার্কে হওয়া এই ম্যাচে নেইমার পেনাল্টি থেকে এক গোল করেন, লিয়ান্দ্র দামিয়াওকে দ্বিতীয় গোলে এসিস্ট করেন। এবং ব্রাজিলকে ৩-২ গোলে বিজয় ছিনিয়ে আনতে সাহায্য করেন এবং ব্রাজিলকে সেমি ফাইনালে নিয়ে যান।

২০১২ গ্রীষ্মকালীন অলিম্পিক
আন্তর্জাতিক ক্যারিয়ার
২০১২ মৌসুম
২০১৩-১৪ মৌসুম