Hun fikk to gullmedaljer under Sørafrikansk mesterskap i friidrett 2012; på 800 meter individuelt og på 4 x 400 meter stafett. Semenya var flaggbærer under åpningen av Sommer-OL i London i 2012. Hun fikk her sølv på 800 meter, kun slått av Marija Savinova. I 2015 ble imidlertid Savinova fratatt gullmedaljen på grunn av brudd på dopingreglementet under OL i 2012, og Semenya ble tildelt gullmedaljen.