Pour les Jeux olympiques d'été alors champion olympique en titre, il est désigné porte-drapeau de la délégation britannique à la cérémonie d'ouverture. Il y bat consécutivement Viktor Troicki (6-3, 6-2), Juan Mónaco (6-3, 6-1), Fabio Fognini (6-1, 2-6, 6-3) alors qu'il était mené 6-1, 2-6, 0-3 avant de marquer 6 jeux consécutifs, et Steve Johnson en quart (6-0, 4-6, 7-6) le tout dans des matchs compliqués, où il se montre nerveux et énervé pendant plus de deux heures. Il rallie ainsi la demi-finale contre Kei Nishikori mondial, qu'il bat en 2 sets (6-1, 6-4) épuisé de son match la veille contre Monfils, et s'offre ainsi une seconde finale consécutive aux Jeux olympiques lui assurant une après l'or en simple et l'argent en mixte en 2012. En finale, il bat Juan Martín del Potro mondial, (7-5, 4-6, 6-2, 7-5) en un peu plus de quatre heures d'un combat acharné mais profitant de la fatigue légitime en fin de quatrième manche de l'Argentin, et devient le premier joueur à conserver son titre de champion olympique en simple.