V lete 2012 bol napísaný na súpisku pre Letné olympijské hry 2012 v Londýne. Španielsko (ktoré malo na súpiske aj hráčov z A-mužstva) tu bolo po víťazstve na Eure 2012 najväčším favoritom, ale po dvoch prehrách 0:1 (s Japonskom a Hondurasom) a jednej remíze s Marokom (0:0) vypadlo prekvapivo už v základnej skupine D. Mata odohral všetky tri stretnutia svojho tímu.