Täytä seuraava lause: Felix osallistui vuoden 2012 kesäolympialaisissa neljään kilpailuun:
100 metriä, 200 metriä, 4 × 100 metriä ja 4 × 400 metriä, sijoittaen viidenneksi 100 metriä ja voittaen kultaa muissa kolmessa, jolloin hänestä tuli ensimmäinen amerikkalainen nainen, joka voitti kolme kultaa urheilussa olympialaisissa sitten Florence Griffith-Joynerin vuoden 1988 kesäolympialaisissa. Ensimmäisessä finaalissa, 100 metrin finaalissa, hän sijoittui viidenneksi 10,89 sekunnin henkilökohtaisella parhaansa kanssa. 200 metrin finaali, jossa hän hävisi kahdesti kesäolympialaisissa 2004 ja 2008 jamaikalaiselle kilpailijalleen Veronica Campbell-Brownille, osoittautui hänen menestyksekkääksi kolmanneksi yrityksekseen, kun hän voitti 21,88 sekunnissa, ylittäen kasautuneen kentän, johon kuului Campbell-Brown, vuoden 2012 olympialaisten 100 metrin kultamitalisti Shelly-Ann Fraser-Pryce, vuoden 2012 olympialaisten 100 metrin hopeamitalisti Carmelita Jeter ja vuoden 2012 olympialaisten 400 metrin kultamitalisti Sanya Richards-Ross. Felix aloitti hämmästyttävän vahvasti ja oli samassa pisteessä jamaikalaisten urheilijoiden kanssa, ennen kuin hän vetäytyi viimeisiltä 50 metristä saadakseen pitkään odotetun olympiakultaa. Shelly-Ann Fraser-Pryce voitti hopeamitalin ja amerikkalainen maanmieheni Carmelita Jeter otti pronssimitalin.