El 5 de agosto de 2012, en lo Juegos Olímpicos de Londres, Gatlin ganó la medalla de bronce en la final de los 100 metros con una nueva marca personal de 9,79 segundos, quedando por detrás de Usain Bolt, que estableció un nuevo récord olímpico de 9,63 segundos, y del campeón del mundo Yohan Blake, segundo con un tiempo de 9,75 s.También ganó la medalla de plata con el relevo de 4×100 m con un nuevo récord nacional de 37,04 segundos, superados por Jamaica, que estableció un nuevo récord mundial de 36,84 segundos.