Im Januar 2012 erreichten Tecău und Lindstedt bei den Australian Open erstmals das Halbfinale, schieden dort aber trotz eines Matchballs gegen die Bryan-Brüder aus. Tecău trat auch im Mixed an, wo er zusammen mit Bethanie Mattek-Sands seinen ersten Grand-Slam-Titel gewann. Im Laufe der ersten Jahreshälfte erreichte er mit Robert Lindstedt die Endspiele von Rotterdam und Madrid. Im April gewann Tecău erstmals sein Heimturnier in Bukarest; in ’s-Hertogenbosch wiederholten er und Lindstedt ihren Erfolg von 2010. Bei den French Open schieden sie diesmal bereits in der zweiten Runde aus. Ungleich besser lief es erneut in Wimbledon, wo sie zum dritten Mal hintereinander ins Finale einzogen. Doch wie schon 2010 und 2011 mussten sie sich geschlagen geben, diesmal der ungesetzten Paarung Frederik Nielsen und Jonathan Marray eher überraschend. In Båstad folgte die zweite erfolgreiche Titelverteidigung nach 2010 und 2011; Tecău und Lindstedt gewannen das Turnier ohne Satzverlust. Kurz vor den Olympischen Spielen in London wurde vermeldet, dass Tecău die rumänische Delegation bei der Eröffnungsfeier als Fahnenträger anführt. Tecău trat bei den Spielen in der Doppelkonkurrenz mit Adrian Ungur an, mit dem er seit 2004 kein Turnier mehr gespielt hatte. Sie schieden bereits in der Auftaktrunde in zwei Sätzen gegen die Kanadier Vasek Pospisil und Daniel Nestor aus.