На Олимпийских играх в Лондоне выступала на 800-метровке. В пятом предварительном забеге Арзамасова заняла 4-е место и не смогла пройти в полуфинал (напрямую выходили три лучшие бегуньи из каждого забега). При этом Марина проиграла всего 0,10 сек победительнице и 0,02 сек занявшей третье место кенийке Чероно Коэч. При этом второе место в забеге заняла россиянка Елена Аржакова, которая в 2013 году была дисквалифицирована, и её результаты в Лондоне были аннулированы.