Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Ved Sommer-OL i 2012 deltog Felix i fire løb: 100 meter, 200 meter, 4 × 100 meter og 4 × 400 meter, hvor hun blev femte på 100 meter og vandt guld i de andre tre, og dermed blev hun den første amerikanske kvinde til at vinde tre guldmedaljer i atletik på en OL siden Florence Griffith-Joyner ved Sommer-OL i 1988. I sin første finale, 100 meter finale
, blev hun femte med en personlig rekord på 10,89 sekunder. 200-meter-finalen, et løb hun tabte to gange på Sommer-OL 2004 og 2008 til jamaicanske rival, Veronica Campbell-Brown, viste sig at være hendes succesfulde tredje forsøg, da hun vandt i 21,88 sekunder, udkonkurrere en stablet felt, der omfattede Campbell-Brown, 2012 olympiske 100 meter guldmedalje Shelly-Ann Fraser-Pryce, 2012 olympiske 100 meter sølvmedalje Carmelita Jeter, og 2012 olympiske 400 meter guldmedalje Sanya Richards-Ross. Felix startede med en overraskende stærk start og var på linje med de jamaicanske atleter, der kom ud af kurven, før hun trak sig væk i de sidste 50 meter for at sikre sig sin længe ventede individuelle olympiske guldmedalje. Shelly-Ann Fraser-Pryce vandt sølv og Carmelita Jeter vandt bronze.