纯代表日本出战广州亚运会，参加乒乓球比赛的女子双打（伙拍：福原爱）、混合双打（伙拍：松平健太）及团体项目，在双打项目夺得两面铜牌。2012年7月，石川佳纯参加伦敦奥运。在女单1/4决赛中淘汰新加坡的王越古，以仅仅十八岁之龄进入四强。半决赛负于中国的李晓霞后，铜牌战中再遭新加坡选手冯天薇为队友复仇，只得第4名。不过，在之后的女子团体赛事，日本成功打入决赛，最后获得银牌。。2014年东京团体世乒赛，在主将福原爱伤病缺阵的情况下，石川佳纯毅然肩负起第一单打重任，带领平野早矢香和石垣优香等年轻队员击败荷兰队