In 2012 waren de spelen uiteraard het grote doel. Maar hij begon tijdens de wereldbeker van Peking won hij het omnium, dit maakte hem tot grote favoriet voor de wereldkampioenschappen in Melbourne. Hij nam er naast het omnium, ook deel aan de ploegenachtervolging. In dat laatste onderdeel wist hij samen met zijn 3 ploegmakkers een zilveren plak te bemachtigen. 2 dagen later nam hij de gouden medaille op het onderdeel Omnium. Hij presteerde in alle 6 de disciplines zeer constant en bleef zo de Canadees Zachary Bell met 6 punten, en Lasse Norman Hansen uit Denemarken met 7 punten voor. Als voorbereiding op de spelen reed hij een goed wegseizoen, zo werd hij tijdens de tijdrit van de Olympia's Tour 3de, achter Dylan Van Baarle en Rohan Dennis, ook won hij de wedstrijd in het West-Vlaamse Westouter. Tijdens de spelen zou O'Shea deelnemen aan de Ploegenachtervolging, samen met Michael Hepburn, Rohan Dennis en Jack Bobridge, en aan het Omnium. In de ploegenachtervolging was enkel Groot-Brittannië 3 seconden te snel, tijdens het omnium presteerde hij te onregelmatig om kans te maken op een medaille, hij eindigde als 5de. Hierna ging hij weer aan de slag op de weg, in de Tour of the Murray River eindigde hij in zowel de 3de als 7de etappe als 3de. Eind 2012 reed hij aan de zijde van Iljo Keisse de zesdaagse van Gent. Het werd een spannende tweestrijd tussen enerzijds O'Shea/Keisse en de wereldkampioenen ploegkoers De Ketele/Van Hoecke. De eindwinst werd pas betwist op de laatste dag: mede door de val in de absolute slotfase van Gijs Van Hocke wonnen Keisse en O'Shea de zesdaagse. Een maand later trad hij net als in 2011 aan tijdens de zesdaagse van Zürich, samen met Silvain Dillier. Ze werden 4de. Na deze zesdaagsen maakte hij bekend dat hij vanaf 2013 zou uitkomen voor het Belgische continentale team An Post-Chainreaction, omdat hij zich meer en meer zou willen toeleggen op het wegwielrennen.