2012年夏季オリンピックでは,フェリックスが100メートル,200メートル,4×100メートルリレー,4×400メートルリレーの4つの競技に参戦し,100メートルで5位,他の3つの競技で金メダルを獲得し,1988年夏季オリンピックのフロレンス・グリフィス・ジョイナー以来,オリンピックで陸上競技で3つの金メダルを獲得した最初のアメリカ人女性となった. 100mの決勝で
,彼女は10.89秒の個人ベストで5位となりました. 200メートル決勝は,2004年と2008年の夏季オリンピックでジャマイカのライバル,ベロニカ・キャンベル・ブラウンに2度負けたレースで,彼女は21.88秒で優勝し,キャンベル・ブラウン,2012年オリンピック100メートル金メダリストのシェリー・アン・フレイザー・プライス,2012年オリンピック100メートル銀メダリストのカーメリタ・ジェター,2012年オリンピック400メートル金メダリストのサニア・リチャーズ・ロスを含む堆積されたフィールドを上回った. フェリクスは驚くほど強いスタートで ブロックから飛び出し カーブから降りるジャマイカのアスリート達と並んだが 最後の50メートルで引き下がって 長い間待ち望んでいた 個々のオリンピック金メダルを獲得した. シェリー・アン・フレイザー・プライスは銀メダルを獲得し,アメリカの同胞カーメリタ・ジェターは銅メダルを獲得した.