На летних Олимпийских играх Фратус дебютировал в 2012 году в Лондоне. На своей коронной 50-метровке вольным стилем Фратусу совсем немного не хватило, чтобы стать призёром игр. Всего 0,02 с Бруно уступил своему соотечественнику Сезар Сьелу и занял лишь 4-е место. В эстафете 4×100 метров вольным стилем бразильская сборная не смогла пробиться в финал соревнований, заняв 9-е место.