Pada Olimpiade Musim Panas 2012 di London, Hardy memenangkan medali Olimpiade pertamanya, perunggu, dalam gaya bebas 4×100 meter dengan Missy Franklin, Lia Neal dan Allison Schmitt, ketika tim AS finis ketiga di belakang tim dari Australia dan Belanda. Berenang di leg kedua, Hardy memiliki perpecahan 53,53 detik dan tim selesai dengan total waktu 3:34.24, sebuah rekor Amerika. Dia juga mendapatkan medali emas dengan berenang untuk tim AS yang menang di babak penyisihan 4×100 meter medley relay. Dalam dua acara individu, ia finis ketujuh dalam gaya bebas 50 meter
dan kedelapan dalam 100 meter gaya bebas.