2012 жылғы Жазғы Олимпиада ойындарында Феликс төрт жарысқа қатысып, 100 метр, 200 метр, 4 × 100 метр эстафетасы және 4 × 400 метр эстафетасында бесінші орынға ие болды, ал қалған үшеуінде алтын медальді жеңіп алды. Осылайша ол 1988 жылғы Жазғы Олимпиада ойындарында Флоренс Гриффит-Джойнерден кейін Олимпиада ойындарында жеңіл атлетикадан үш алтын медальді жеңіп алған алғашқы американдық әйел болды. 100 метрге жүгіру финалында
, ол 10.89 секундтық жеке рекордпен бесінші орын алды. 200 метрлік финалда ол 2004 және 2008 жылғы жазғы Олимпиада ойындарында ямайкалық қарсыласына, Вероника Кэмпбелл-Браунға екі рет жеңіліп қалды. Ол 21,88 секундта жеңіске жетіп, 2012 жылғы Олимпиадалық 100 метрлік алтын медаль иегері Шелли-Энн Фрейзер-Прайс, 2012 жылғы Олимпиадалық 100 метрлік күміс медаль иегері Кармелита Джетер және 2012 жылғы Олимпиадалық 400 метрлік алтын медаль иегері Саня Ричардс-Росс. Феликс таңқаларлықтай күшті бастамамен жарысқа шықты және жамайлық спортшылармен бір деңгейде болды. Соңғы 50 метрден кейін ол ұзақ күткен Олимпиадалық алтын медалін жеңіп алды. Шелли-Энн Фрейзер-Прайс күміс жүлдеге ие болды, ал америкалық қандас Кармелита Джетер қола медальді жеңіп алды.