Il prosieguo di stagione vede Cancellara ritornare a competere ai Giochi olimpici di Londra. Durante la prova in linea, mentre si trovava in testa ad una nutrita fuga che si era avvantaggiata sul gruppo, una caduta all'uscita da una curva a una decina di chilometri dall'arrivo compromette ogni sua velleità di vittoria finale. Completa comunque la gara, a circa cinque minuti dal vincitore, il kazako Aleksandr Vinokurov. Quattro giorni dopo l'incidente, scongiurato il rischio di una nuova frattura, tenta la difesa del titolo olimpico a cronometro concludendo però la prova al settimo posto.