Обамеянг был ключевым игроком сборной, которая достигла четвертьфинала Кубка африканских наций 2012 года. В общей сложности на турнире он забил три гола и стал одним из лучших бомбардиров. В четвертьфинальном матче с командой Мали габонец не забил пенальти в послематчевой серии, в результате чего сборная проиграла.