Completare la seguente frase: Per le Olimpiadi estive del 2012, Sun era considerata una delle favorite nel 400 metri e
1500 metri stile libero, così come un concorrente nel 200 metri stile libero. Nel suo primo evento, il 400 metri stile libero, ha vinto la medaglia d'oro con un tempo di 3:40.14, battendo il record olimpico precedentemente detenuto da Ian Thorpe e diventando il primo nuotatore maschile cinese a vincere una medaglia d'oro alle Olimpiadi. Il suo tempo è stato anche il terzo più veloce della storia, a 0,07 secondi dal record mondiale, e ha stabilito un nuovo record asiatico. Dopo una giornata di recupero, Sun ha gareggiato nei 200 metri stile libero. Ha vinto una medaglia d'argento nella finale, pareggiando con Park Tae-hwan con un tempo di 1:44.93, un nuovo record nazionale. Il giorno successivo, Sun ha nuotato la gamba di ancoraggio nella staffetta 4 × 200 metri stile libero per aiutare la squadra cinese a vincere il bronzo, la prima medaglia olimpica della Cina in una prova di staffetta maschile.