代表中国出战英国伦敦举行的奥林匹克运动会羽毛球比赛混合双打项目，被列为头号种子选手。在小组赛阶段，他们轻松击败德国、俄罗斯和英国的组合，以小组头名顺利晋级淘汰赛；并在八强赛和准决赛先后以2比0和2比1击败丹麦的托马斯·雷伯恩/卡米拉·吕特·尤尔和约金·费舍尔·尼尔森/克里斯汀娜·彼德森，与队友会师决赛。在决赛中，张楠/赵芸蕾以2比0（21-11、21-17）击败徐晨/马晋，夺得中国代表团在该届奥运会的第20金，同时亦成为中国奥运会有史以来的第一对情侣档冠军。国家队的主教练李永波在奥运会后表示，张楠/赵芸