На летних Олимпийских играх 2012 года в Лондоне Поульсен выступил на двух дистанциях. В одиночках Хольтен пробился в финал A, но ему совсем немного не хватило, чтобы вновь завоевать медаль Олимпийских игр. По итогам решающего заезда датчанин занял 4-е место. В четвёрках датская сборная также смогла пробиться в главный финал, но там они заняли предпоследнее 5-е место. 2013 год ознаменовался для Поульсена золотым дублем на чемпионате Европы в Монтемор-у-Велью, а также первой наградой с чемпионатов мира. Датчанин стал серебряным призёром в соревнованиях одиночек на 500-метровке.