均15.5分、5.3篮板、3.8助攻，协助美国队以全胜姿态夺得金牌。而在2012年夏季奥林匹克运动会中，詹姆士加入「梦幻十队」，再度代表美国出征。他在在这届比赛上超过大卫·罗宾森的270分，成为美国队历史上得分最多（273分）的球员。另外在八强赛面对澳洲队时演出大三元（11分14篮板12助攻），成为奥运男篮史上第二位取得大三元的球员，也是美国队史上第一位。詹姆士平均上场25.1分钟，贡献13.3分、5.6篮板、5.6助攻，还有0.603的高命中率（73投44中），美国队也赢得了金牌。Sectio