Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Thomas fokuserede på sporcykling for 2012 sæsonen, konkurrerer på Sommer-OL i London. Som sådan var Giro d'Italia hans prioriterede vejløb, før han vendte sit fokus til banen. I marts kørte Thomas Paris-Nice, hvor han hjalp Bradley Wiggins med den samlede sejr. Den 4. april var Thomas medlem af det britiske hold, der vandt guld i UCI Track Cycling World Championships.
i Melbourne, med en ny verdensrekord på 3:53.295 sekunder. Han tog også sølvmedaljen sammen med Ben Swift. Thomas vendte derefter tilbage til vejen og vandt prologen til Tour de Romandie.