伦敦奥运会卫冕之路，在小组赛中2-0轻取爱尔兰选手斯科特·埃文斯晋级16强；在16强中林丹又直落两局，以2-0（21-9、21-12）横扫前奥运冠军印尼的陶菲克；。 1/4决赛中林丹苦战三局，以2-1（21-12、16-21、21-16）淘汰了日本名将佐佐木翔。半决赛中，林丹又以一个2-0（21-12、21-10）轻松拿下韩国好手李铉一，再次晋级奥运会男单决赛。决赛中林丹苦战三局，以2-1（15-21、21-10、21-19）最终逆转击败了马来西亚的李宗伟，成为首位在奥运会羽毛球男子单打项目中实现卫冕的