Novament va començar la temporada (2012) a Chennai però no va aconseguir defensar el títol. A l'Open d'Austràlia no va passar de tercera ronda i en els torneigs sobre terra batuda de primavera no va superar mai les semifinals. A Roland Garros va avançar fins a la quarta ronda i a Wimbledon va caure en primera ronda. A l'estiu es van disputar els Jocs Olímpics de Londres on Wawrinka fou el portador de la bandera en la cerimònia d'inauguració. En categoria individual fou derrotat pel campió final Andy Murray en primera ronda, mentre en dobles va repetir equip amb Federer per defensar la medalla d'or però en aquesta ocasió van caure en segona ronda. A continuació va classificar-se per les semifinals de Cincinnati però fou superat per Federer. En el US Open es va retirar en quarta ronda a causa d'una lesió.