В липні — серпні 2012 року Катерина Гамова вчетверте була учасницею Олімпійських ігор. У Лондоні збірна Росії повторила результат попередньої Олімпіади, не зумівши вийти до півфіналу і поборотися за медалі. Після закінчення турніру Гамова заявила, що швидше за все, не виступить на наступних Іграх, пізніше підтвердила рішення завершити кар'єру в збірній, але восени 2014 року зіграла за неї на чемпіонаті світу в Італії.