האחיות ויליאמס השיבו לעצמן את התואר האולימפי בטורניר הזוגות בטניס, לאחר שגברו במשחק הגמר על הצמד הספרדי וירחיניה רואנו פסקואל ואנבל מדינה גאריגס. בטורניר היחידות הודחו שתיהן בשלב רבע הגמר, ונוס בידי הסינית לי נה וסרינה בידי הרוסייה ילנה דמנטייבה. בטורניר הזוגות לגברים זכו האחים בראיין במדליית הארד, לאחר שהפסידו בחצי הגמר לשווייצרים רוג'ר פדרר וסטניסלס ואוורינקה, וגברו במשחק על המקום השלישי על הצרפתים ארנו קלמאן ומיקאל לודרה. בטורניר היחידים סיים ג'יימס בלייק במקום הרביעי, לאחר שהפסיד בחצי הגמר לצ'יליאני פרננדו גונסאלס ובמשחק על מדליית הארד לסרבי נובאק ג'וקוביץ'. רובי ג'ינפרי הפסיד לג'וקוביץ' כבר בסיבוב הראשון.
אולימפיאדת לונדון (2012).
באולימפיאדת לונדון (2012) השתתפו 539 ספורטאים אמריקאים, שהתחרו בכל הענפים למעט כדוריד. המאבק מול סין על ראשות טבלת המדליות היה צמוד, כלל מהפכים רבים במהלך המשחקים ועורר עניין רב בתקשורת. בסופו של דבר הייתה ידם של האמריקנים על העליונה, עם 103 מדליות, מהן 46 מדליות זהב, מספר מדליות הזהב הגבוה ביותר מאז אולימפיאדת לוס אנג'לס (1984).
לראשונה בהיסטוריה כללה המשלחת יותר נשים מגברים (268 נשים ו-261 גברים) והן זכו בכ-57% מהמדליות ובכ-63% ממדליות הזהב שצברה המשלחת.
שחייה.
בשחייה שלטו האמריקאים ללא עוררין, עם 31 מדליות, מהן 16 מדליות זהב (מתוך 34 אפשריות).
מייקל פלפס, שהיה לספורטאי המעוטר ביותר במשחקים אלו בפעם השלישית ברציפות, פתח חלש את המשחקים, כשסיים רק במקום הרביעי במשחה ל-400 מטר מעורב אישי, אך זכה בשש מדליות במשחים האחרים בהם השתתף. עם זכייתו במשחה ל-200 מטר מעורב אישי היה לשחיין הגבר הראשון שזוכה 3 פעמים ברציפות במדליית הזהב באותו המשחה. לאחר שניצח גם במשחה ל-100 מטר פרפר, היה לשחיין הראשון בהיסטוריה, גבר או אישה, שזוכה 3 פעמים ברציפות במדליית זהב אולימפית בשני משחים. במשחה ל-200 מטר פרפר איבד פלפס את תוארו לצ'אד לה קלו וזכה במדליית הכסף. כן זכה במדליות זהב עם נבחרות השליחים האמריקאיות ל-200X4 מטר חופשי ול-100X4 מטר מעורב, ובמדליית כסף עם נבחרת השליחים ל-100X4 מטר חופשי. בכך, השלים פלפס זכייה ב-22 מדליות אולימפיות (מהן 18 מדליות זהב), ושבר את השיא של המתעמלת הסובייטית לאריסה לטינינה, שזכתה ב-18 מדליות אולימפיות בין אולימפיאדת מלבורן (1956) לאולימפיאדת טוקיו (1964).
ראיין לוכטה, שסומן כיריבו הספורטיבי של פלפס, ומי שעשוי לנצח אותו בכמה מהמשחים, הצליח לעשות זאת רק במשחה ל-400 מטר מעורב אישי, בו זכה במדליית הזהב. לוכטה זכה גם במדליית כסף במשחה ל-200 מטר מעורב אישי, במדליית ארד במשחה ל-200 מטר גב, סיים במקום הרביעי במשחה ל-200 מטר חופשי, גרף עוד שתי מדליות במשחי השליחים חופשי ובסך הכל צבר 5 מדליות, מהן 3 זהב. טיילר קלרי, שניצח במשחה ל-200 מטר גב, קבע בו שיא אולימפי חדש, 1:53.41 דקות. קלרי גם סיים במקום החמישי במשחה ל-200 מטר פרפר. גם במשחה ל-100 מטר גב ניצח שחיין אמריקאי, מאט גריוורס, ואף הוא קבע שיא אולימפי חדש, 52.16 שניות. במקום השני במשחה זה סיים ניק תומן. נתן אדריאן גבר על אלוף העולם ב-100 מטר חופשי, ג'יימס מגנוסן, וזכה במדליית הזהב במשחה זה. קאלן ג'ונס זכה במדליית הכסף במשחה ל-50 מטר חופשי, פיטר ואנדרקיי זכה במדליית הארד במשחה ל-400 מטר חופשי וברנדן הנסן זכה במדליית הארד במשחה ל-100 מטר חזה.
מליסה פרנקלין, הייתה לספורטאית המעוטרת ביותר במשחקים אלו, עם 5 מדליות מהן 4 זהב, ניצחה בשני משחי הגב, ובמשחה ל-200 מטר אף קבעה שיא עולם חדש, 2:04.06 דקות. פרנקלין גם סיימה במקום הרביעי במשחה ל-200 מטר חופשי וסיימה במקום החמישי במשחה ל-100 מטר חופשי. רבקה סוני קבעה פעם נוספת שיא עולם ב-200 מטר חזה (2:19.59 דקות), ובמשחה ל-100 מטר חזה זכתה במדליית כסף. גם דנה וולמר קבעה שיא עולם, כשניצחה במשחה ל-100 מטר פרפר (55.98 שניות). אליסון שמיט קבעה שיא אולימפי במשחה ל-200 מטר חופשי (1:53.61 דקות) וגם זכתה במדליית כסף במשחה ל-400 מטר חופשי. קייטי לדקי בת ה-15 זכתה במדליית הזהב במשחה ל-800 מטר חופשי. אליזבת בייזל זכתה במדליית כסף במשחה ל-400 מטר מעורב אישי ובמדליית ארד במשחה ל-200 מטר גב, וקייטלין לאוורנז זכתה במדליית ארד במשחה ל-200 מטר מעורב אישי, וכן סיימה במקום השישי במשחה למרחק הכפול. נבחרת השליחות ל-100X4 מעורב, בה היו חברות פרנקלין, סוני וולמר ושמיט, קבעה שיא עולם חדש (3:52.05 דקות), ואילו נבחרת השליחות ל-200X4 מטר חופשי, שכללה את פרנקלין, וולנר, שמיט ושאנון פרילנד קבעה שיא אולימפי חדש (7:42.92 דקות). במשחה השליחות ל-100X4 מטר חופשי הסתפקו האמריקניות במדליית הארד.
מחוץ לבריכת השחייה, הייתה היילי אנדרסון לאמריקאית הראשונה שזוכה במדליה אולימפית בשחייה במים פתוחים. אנדרסון זכתה במדליית הכסף.
שחיינים אמריקאים נוספים שהעפילו למשחי גמר, אך לא זכו במדליות, כללו את קתלין הרסי (מקום רביעי ב-200 מטר פרפר), אנתוני ארווין (מקום חמישי ב-50 מטר חופשי), קונור דווייר (מקום חמישי ב-400 מטר חופשי), סקוט ולץ (מקום חמישי ב-200 מטר חזה) קאמיל אדמס (מקום חמישי ב-200 מטר פרפר), אריאנה קוקורס (מקום חמישי ב-200 מטר מעורב אישי), קונור ג'ייגר (מקום שישי ב-1500 מטר חופשי), בריג'ה לארסון (מקום שישי ב-100 מטר חזה), קלארק ברקל (מקום שישי ב-200 מטר חזה), מיקה לורנס (מקום שישי ב-200 מטר חזה), ג'סיקה הארדי (מקום שביעי ב-50 מטר חופשי ומקום שמיני ב-100 מטר חופשי), טיילר מקגיל (מקום שביעי ב-100 מטר פרפר) וקלייר דונהיו (מקום שביעי ב-100 מטר פרפר).
אתלטיקה.
באתלטיקה זכו האמריקאים ב-28 מדליות, מהן 9 מדליות זהב.
אליסון פליקס, שהייתה לאתלטית המעוטרת במשחקים אלו, עם 3 מדליות זהב, הובילה את נבחרת השליחות האמריקאית (טיאנה מדיסון, ביאנקה נייט וכרמליטה ג'טר) ל-100X4 מטר חופשי לשיא עולם חדש, 40.82 שניות. פליקס זכתה גם במדליית הזהב בריצת 200 מטר, וכן סיימה במקום החמישי בריצת 100 מטר. כרמליטה ג'טר, זכתה גם במדליית הכסף בריצת 100 מטר ובמדליית הארד בריצת 200 מטר. סניה ריצ'רדס ניצחה בריצת 400 מטר, ודידי טרוטר זכתה במדליית הארד. שתיהן, כמו גם אליסון פליקס, היו חברות בנבחרת השליחות ל-400X4 מטר שזכתה אף היא במדליית זהב. ריצ'רדס גם סיימה במקום החמישי בריצת 200 מטר. בקפיצה לרוחק זכתה בריטני ריס במדליית הזהב וג'נאי דלואץ' במדליית הארד. ג'ן שור שיפרה את הישגה מבייג'ינג וזכתה במדליית זהב בקפיצה במוט, ובריגטה בארט זכתה במדליית כסף בקפיצה לגובה. דון הרפר איבדה את תוארה בריצת 100 מטר משוכות, והסתפקה במדליית הכסף, וקלי ולס זכתה במדליית הארד במרוץ זה. בריצת 400 מטר משוכות זכתה לשינדה דמוס במדליית כסף.
אשטון איטון זכה במדליית הזהב בקרב עשר, וסגנו היה טריי הארדי. גם בקפיצה משולשת היו שני הראשונים אמריקאים - כריסטיאן טיילור וויל קליי. קליי גם זכה במדליית הארד בקפיצה לרוחק. מקצוע נוסף בו שני המנצחים היו אמריקאים היה ריצת 110 מטר משוכות - ארייס מריט זכה בזהב וג'ייסון ריצ'רדסון. מרוץ זה היה היחיד בריצות הקצרות בו הצליחו אצנים אמריקאים לגבור על הג'מייקנים. אריק קינרד זכה במדליית זהב בקפיצה לגובה לאחר שאיוון אוחוב מרוסיה נפסל בשל אימרוץ והאצן האמריקאי היחיד שזכה במדליה בריצות הקצרות היה ג'סטין גטלין, שזכה במדליית הארד בריצת 100 מטר. גם נבחרת השליחים ל-400X4 מטרים זכתה אף היא במדליית הכסף, לאחר שהגיעה אחרי האצנים מאיי בהאמה. שלושה רצים נוספים זכו במדליות כסף: מייקל טינזלי (ריצת 400 מטר משוכות), לאונל מנזאנו (ריצת 1500 מטר) וגיילן ראפ (ריצת 10000 מטר). ראפ סיים גם בקום השביעי בריצת 5000 מטר. את תמונת המדליות השלימו ריס הופה מדליית ארד בהדיפת כדור ברזל. נבחרת השליחים ל-100X4 מטרים נכנעה לנבחרת הג'מייקנית וזכתה במדליית הכסף. התוצאה שקבעה, 37.04 שניות, הייתה התוצאה השנייה בטיבה בהיסטוריה. עם זאת, בשנת 2014 התברר כי אחד האצנים, טייסון גיי, השתמש בחומרים אסורים. הנבחרת כולה נפסלה בשל כך, התוצאה בוטלה, והמדליות נשללו מחברי הנבחרת.