Im kalifornischen Carson gelangen ihr bei den Bahn-Weltmeisterschaften im Februar 2012 eine Steigerung: Das Zeitfahren beendete sie abermals als Fünftplatzierte, während sie mit der Bronzemedaille in der Verfolgung ihren ersten großen Erfolg feiern konnte. Etwas mehr als ein halbes Jahr später vertrat Gray ihr Heimatland bei den Sommer-Paralympics 2012 in London. Dort gelang ihr gleich im ersten Rennen, dem Zeitfahren auf der Bahn, gemeinsam mit Thompson die Fahrt auf den bronzenen Podestplatz. In der Zweier-Verfolgung über 3000 Meter fuhren beide sogar zur Goldmedaille und somit zum paralympischen Titel und auf der Straße im Zeitfahren auf den zweiten Rang.