Skriv en fortsættelse til dette afsnit - På OL begyndte han at forsvare sin titel i den individuelle forfølgelse, kvalificerede med en tid på fire minutter og 15.031 sekunder, bryde sin egen olympiske rekord fra 2004. I semifinalen slog han Ruslands Alexander Serov, før han tog guld i finalen mod Hayden Roulston fra New Zealand, og blev den første rytter til at forsvare en olympisk forfølgelse titel med succes. Han var med i jagtgruppen.
som slog verdensrekorden med en tid på tre minutter og 55,202 sekunder. Næste dag vandt holdet guldmedaljen, hvor de slog Danmark med 6,7 sekunder med en ny verdensrekord på tre minutter og 53,314 sekunder, med en gennemsnitshastighed på. Han parrede med Cavendish i Madison, og som regerende verdensmestre, var de favoritter til guldmedaljen, men de endte kun niende. Cavendish følte, at Wiggins ikke havde præsteret til det bedste af hans evne i Madison.