Pada Olimpiade Musim Panas 2012 di London, Villars mempertahankan programnya dengan memenuhi syarat untuk dua acara renang. Dia mencatat waktu masuk standar FINA B dari 59,57 (100 m kupu-kupu) dari Kejuaraan Eropa
di Debrecen, Hongaria, dan 2:01.47 (200 m gaya bebas) dari uji coba Olimpiade di Zurich. Dalam 100 m kupu-kupu, Villars memecahkan rekor Swiss sendiri dari 59,42 untuk berbagi unggulan teratas di babak kedua dan dasi tempat ke-26 dengan Spanyol Judit Ignacio Sorribes pada hari pertama Olimpiade. Dalam 200 m gaya bebas, Villars berlomba ke tempat kedua pada heat pertama dengan 1,06 detik di belakang Natthanan Junkrajang dari Thailand, di luar rekor pribadi 2:03.55. Villars gagal maju ke semifinal, karena ia menempati posisi ketiga puluh satu secara keseluruhan di babak awal.