En els Jocs Olímpics de 2012, Matsuda va guanyar dues medalles. Va defensar la seva medalla de bronze en els 200 metres borboleta i va nedar la cama de borboleta per a l'equip de relleu guanyador de la medalla de plata del Japó en el relleu de 4 × 100 metres amb Ryosuke Irie, Kosuke Kitajima i Takuro Fujii. També va nadar els 100 metres a papallona.
, on va empatar en el setzè lloc en les eliminatòries i posteriorment va perdre una rivalitat amb Benjamin Starke d'Alemanya, deixant-lo fora de les semifinals.