在其后进行的女子单人10米跳台比赛中，她终于吐气扬眉以405.30分夺冠，成功在女子高台单人和双人项目实现「大满贯」，金牌数目更超越师姐伏明霞。
伦敦奥运成功卫冕.2012年7月，陈若琳代表中国出战英国伦敦举行的奥林匹克运动会跳水比赛女子10米高台及双人10米高台赛事。在率先进行的双人10米高台赛事中，陈若琳与汪皓在五轮比赛后取得368.40分，以25.08分的优势压倒墨西哥组合轻松夺金。在其后进行的女子10米台决赛中，她又以422.30分成功夺冠，除了成为首位在奥运10米高台跳水