Het jaar 2012 stond voor Trott volledig in het teken van de nakende Olympische Spelen. Het WK dat in Australië gehouden werd, was een belangrijke parameter. Samen met Danielle King en Joanna Rowsell won ze overtuigend de ploegenachtervolging, individueel schitterde ze door ook de wereldtitel in het omnium te bemachtigen. Door deze twee wereldtitels was ze zowel favoriete om op de Spelen het goud te pakken in zowel de ploegenachtervolging als het omnium. In de ploegenachtervolging eindige Groot-Brittannië in zowel de kwalificaties als in de eerste ronde als eerste. In de finale strijd om goud kwamen Trott, King en Rowsell uit tegen Amerikaanse drietal Sarah Hammer, Dotsie Bausch en Jennie Reed. In de finale brak het Britse trio met een wereldrecord 3:14.051, de Amerikaanse waren ruim 5 seconden trager. Enkele dagen later volgde het omnium. Ze was in een hevige strijd verwikkeld met Sarah Hammer. Het was uiteindelijk Trott, met slechts één punt verschil, die aan het langste eind trok.