Ngalengkepan kalimah di handap ieu: Pikeun Olimpiade Usum Panas 2012, Sun dianggap favorit dina 400 méter sarta
1500 méter gaya bébas, ogé contender di 200 méter gaya bébas. Dina acara kahijina, 400 méter gaya bébas, anjeunna meunang medali emas kalayan waktu 3:40.14, megatkeun rékor Olimpiade anu saacanna dicekel ku Ian Thorpe sareng janten perenang lalaki Cina munggaran anu meunang medali emas di Olimpiade. Waktosna ogé panggancangna katilu dina sajarah, 0.07 detik jauh ti rékor dunya, sareng netepkeun rékor Asia anyar. Sanggeus sapoé cageur, Sun bersaing dina lomba gaya bébas 200 méter. Manéhna meunang medali pérak dina final, dihijikeun jeung Park Tae-hwan kalawan waktu 1:44.93, rékor nasional anyar. Poé saterusna, Sun ngojay leg jangkar dina 4 × 200 méter gaya bébas relay pikeun mantuan tim Cina meunang perunggu, medali Olimpiade munggaran Cina dina acara relay lalaki.