La saison 2012 est difficile pour Thorkildsen. Il échoue au pied du podium aux Championnats d'Europe avec , et termine à la sixième place aux Jeux olympiques (), alors qu'il nourrissait des ambitions de victoire dans ces deux compétitions. Fin août, après le meeting Dagens Nyheter Galan de Stockholm où il prend la et dernière place avec , Andreas Thorkildsen annonce qu'il met un terme à sa saison.