Dubaissa järjestetyissä lyhyen radan maailmanmestaruuskilpailuissa 2010 le Clos voitti MM-kultaa 200 metrin perhosuinnissa ajalla 1.51.56. Hän sijoittui Shanghain MM-kilpailuissa 2011 samassa lajissa viidenneksi. Vuotta myöhemmin hän voitti 200 metrin perhosuinnin olympiakultaa kesäolympialaisissa 2012 Lontoossa. Le Clos ui finaalissa uuden Afrikan ennätysajan 1.52,96, voittaen matkan puolustavan olympiavoittajan Michael Phelpsin vain viidellä sekunnin sadasosalla. 100 metrin perhosuinnissa le Clos jakoi hopean Jevgeni Korotyškinin kanssa ajalla 51,44. 400 metrin sekauinnissa hän sijoittui viidenneksi. Saman vuoden Istanbulin lyhyen radan MM-kilpailuissa hän voitti 100 metrin perhosuinnin ajalla 48,82 ja oli toinen 50 metrin perhosuinnissa ajalla 22.26.