El año 2012 James debutó en campeonatos mundiales en pista cubierta, evento que tuvo lugar en Estambul. A pesar de ser el favorito, en la final se ubicó en el último puesto de la prueba (46,21 s). Sin embargo, el 6 de agosto obtuvo la medalla dorada en los Juegos Olímpicos de Londres, la primera presea olímpica de la historia deportiva de Granada. Además, impuso una nueva marca personal con un registro de 43,94 s,el primero por debajo de los 44 segundos en su carrera. El mismo poseedor del récord mundial, Michael Johnson, opinó que era muy posible que James batiera dicha marca en el futuro, porque el joven tenía un «gran talento».