Sesongen 2012 hadde EM og Diamond League, men Sommer-OL i London var Thorkildsens største mål. Den 19. mai sesongåpnet han i Shanghai med 79,53 meter, hans svakeste sesongåpning siden 2004. Han gav seg etter tre kast på grunn av en vrang akillessene. Stevnet ble vunnet av tsjekkeren, Vítezslav Veselý