Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Sommer-OL 2012 startede med, at Cochrane deltog på den første dag i konkurrencen i 400-meter freestyle. Der vandt Cochrane sin heat og kvalificerede sig på sidste plads til finalen. Men efter at Park Tae-hwan's diskvalifikation blev ophævet, blev Cochrane skubbet ud af finalen og missede at svømme i den med 1/100 af et sekund. Han deltog derefter i sin signaturbegivenhed, 1500-meteren.
hvor han kvalificerede sig på tredjepladsen. I finalen formåede Cochrane at svømme Oussama Mellouli for sølvmedaljen og opnåede det i en personlig bedste tid. Med sin anden medalje ved sin anden olympiske lege i træk, ifølge medier som CBC cementerede dette Cochrane som Canadas søjle atlet til at opbygge sit svømmehold omkring for fremtiden, da han erklærede, at han ville forsøge at svømme for Canada ved de olympiske lege i Rio de Janeiro i 2016.