项目，被列为3号种子选手。在小组赛阶段，她轻松击败秘鲁的克劳迪亚·里韦罗·莫登斯和西班牙的卡罗列娜·马琳，顺利晋级淘汰赛；并在首二轮赛事先后以2比0击败中华台北的戴资颖和香港的叶姵延，杀入四强。在准决赛上，李雪芮直落两局（22-20、21-18）击败师姐汪鑫，晋级决赛。2012年8月4日，女单决赛在中国两名选手之间进行，最终李雪芮以2比1（21-15、21-23、21-17）力克世界第一的队友王仪涵，以「黑马」姿态为中国队连续第四次夺得奥运会女单金牌，亦成为中国女单史上最年轻的奥运冠军。赛后，李雪芮说：