Escriu una continuació per a aquest paràgraf - En els Jocs Olímpics de Londres, Fraser-Pryce va guanyar els seus 100 metres i la semifinal en 11.00 s i 10.85 s respectivament. Va avançar a la final com la segona classificada més ràpida darrere de Carmelita Jeter, que va córrer 10.83 s en cadascuna de les seves respectives rondes. En la final dels 100 metres
, Fraser-Pryce va ser la més ràpida des dels blocs amb Jeter en persecució, i finalment es va inclinar a la línia de meta per a una victòria estreta per defensar el seu títol. El seu temps de 10.75 s va ser el segon més ràpid de la història olímpica en aquell moment, mentre que la cursa en si era la final olímpica més ràpida dels 100 m, amb sis dones per sota dels 11 segons. Jeter va guanyar la plata en el millor temps de la temporada de 10.78 s, el segon més ràpid de la història olímpica, i Campbell-Brown va guanyar el bronze en 10.81 s. Amb la seva victòria, Fraser-Pryce es va unir als nord-americans Wyomia Tyus (1964, 1968) i Gail Devers (1992, 1996) com les úniques dones que van defensar un títol olímpic de 100 m. Dies més tard, a la final dels 200 metres, Fraser-Pryce va baixar la seva millor marca personal a 22.09 s. No obstant això, no va ser capaç de superar a Allyson Felix dels Estats Units, que va prendre l'or en 21.88 s. Fraser-Pryce més tard va guanyar una segona medalla de plata en el releu de 4 × 100 m, corrent al costat de Campbell-Brown, Sherone Simpson i Kerron Stewart. El seu temps de finalització de 41.41 s va ser un nou rècord jamaicà, però molt per darrere del rècord mundial dels Estats Units de 40.82 s.