En els Jocs Olímpics d'estiu de 2012, els Estats Units van guanyar la medalla d'or per quarta vegada en cinc Jocs Olímpics derrotant Japó 2 × 1 davant de 80.203 aficionats a l'Estadi de Wembley, un rècord per a un partit de futbol femení als Jocs Olímpics. Els Estats Units van avançar per enfrontar-se al Japó per la medalla d'or després de la final de la Copa del Món Femenina de 2011
, guanyat pels japonesos en un tir de penals, guanyant sens dubte un dels millors jocs rivalitzats només per les victòries esmentades anteriorment. En el partit de semifinal contra Canadà, els nord-americans van perdre tres cops abans que l'encapçalament d'Alex Morgan en el tercer minut de temps d'injury al final de 30 minuts de temps addicional portés l'equip a una victòria de 4 a 3. L'objectiu guanyador del partit de Morgan (123') és ara l'última puntuació en una competició de la FIFA. Els Jocs Olímpics de Londres van marcar la primera vegada que l'USWNT va guanyar tots els jocs en el camí cap a la medalla d'or i va establir un rècord olímpic d'equip femení de 16 gols marcats. Wambach va marcar cinc gols en cinc partits consecutius, que és un rècord dels Estats Units i dels Jocs Olímpics, mentre que Morgan i Rapinoe van liderar l'equip amb quatre assistències cadascun, que es va atribuir al seu equip de 10 punts. En marcar ambdós gols a la final olímpica de 2012, Carli Lloyd és l'única dona de la història que va marcar el gol guanyador en partits olímpics d'or separats (2008 i 2012).