Together with Ellen van Dijk, Marianne Vos and Loes Gunnewijk, van Vleuten represented The Netherlands in the Women's road race at the 2012 Summer Olympics, which was won by Vos.
Sammen med Ellen van Dijk, Marianne Vos og Loes Gunnewijk, repræsenterede Van Vleuten Nederlandene i kvindernes linjeløb ved sommer-OL 2012, som blev vundet af Vos.