Ook wist zij een gouden medaille te behalen op de 100 meter vrije slag met een olympisch record van 53,00 seconden. Zij won later ook de 50 meter vrije slag in een olympische recordtijd van 24,05 seconden. Na Kristin Otto, Inge de Bruijn en Britta Steffen is Kromowidjojo de vierde zwemster die op een en dezelfde Olympische Spelen zowel op de 50 als op de 100 meter vrije slag goud behaalde sinds de introductie van de 50 meter vrije slag op de Olympische Spelen van 1988. Een half uur na het in Londen winnen van haar derde olympische medaille maakte Kromowidjojo wereldkundig dat zij overwoog om te stoppen met wedstrijdzwemmen. Al na een dag trok zij die woorden in. Kromowidjojo droeg op 12 augustus 2012 namens de Nederlandse ploeg de Nederlandse vlag tijdens de sluitingsceremonie van de Olympische Spelen in Londen.