Am 14. März 2010 gewann sie die Goldmedaille im 60-Meter-Lauf bei den Hallenweltmeisterschaften in Doha in einer Zeit von 7,00 s. Bei den Weltmeisterschaften 2011 in Daegu gewann sie im 100-Meter-Lauf mit einer Zeit von 10,97 s die Silbermedaille. Über 200 Meter gewann sie mit 22,22 s die Goldmedaille. Eine weitere Silbermedaille bei diesen Weltmeisterschaften gewann sie zusammen mit Shelly-Ann Fraser-Pryce, Kerron Stewart und Sherone Simpson im 4-mal-100-Meter-Staffelwettbewerb mit einer Zeit von 41,70 s. Bei den Hallenweltmeisterschaften 2012 in Istanbul gelang es ihr, ihren Weltmeistertitel über 60 Meter zu verteidigen. Sie siegte im Finale in einer Zeit von 7,01 s. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London gewann Campbell-Brown die Bronzemedaille im 100-Meter-Sprint sowie im Finale gemeinsam mit Fraser-Pryce, Simpson und Stewart mit einer Zeit von 41,41 s die Silbermedaille in der 4-mal-100-Meter-Staffel.