Grazie agli ottimi risultati mondiali, si è qualificato ai Giochi olimpici di Londra 2012, dove ha rappresentato la Russia in tre differenti specialità: piattaforma 10 metri sincro, trampolino 3 metri sincro e trampolino 3 metri individuale. Nella piattaforma 10 metri sincro ha condotto, con il compagno Viktor Minibaev, una gara discreta ottenendo il sesto posto alle spalle di Cina (Cao Yuan, Zhang Yanquan), Messico (Ivan García Navarro, Germán Sánchez), Stati Uniti d'America (David Boudia, Nicholas McCrory), Gran Bretagna (Tom Daley, Peter Waterfield) e Cuba (Jeinkler Aguirre, José Antonio Guerra). In coppia con Evgenij Kuznecov ha invece vinto la medaglia d'argento olimpica nel trampolino 3 metri sincro. In tal modo, la Russia è riuscita a eguagliare il risultato ottenuto quattro anni prima a Pechino 2008 dal binomio Dmitrij Sautin e Jurij Kunakov. Nel trampolino tre metri ha superato il turno preliminare con il miglior punteggio. In semifinale ha passato il turno ottenendo il secondo posto alle spalle del cinese He Chong, campione olimpico in carica. In finale ha chiuso con 555.90 punti che gli hanno permesso di conquistare la medaglia d'oro, davanti ai due cinesi Qin Kai, argento con 541,75 e He Chong, bronzo con 521,15. La sua vittoria nel trampolino individuale ha interrotto il dominio degli atleti cinesi, iniziato da Xiong Ni alle olimpiadi di Atlanta 1996.