Skryf 'n voortsetting vir hierdie paragraaf - By die Olimpiese Somerspele in 2012 in Londen het Schmitt altesaam vyf medaljes gewen: drie goue, een silwer en een brons. In haar eerste wedstryd, die 4×100-meter vryslag, het Schmitt brons saam met Missy Franklin, Jessica Hardy en Lia Neal gewen, met die Amerikaanse span wat derde geëindig het agter die vroue-stafelspanne van Australië en Nederland. In die ankerbeen het Schmitt 'n tyd van 53.54 sekondes gehad en die span het met 'n totale tyd van 3:34.24 geëindig, 'n Amerikaanse rekord. Schmitt het die eerste individuele Olimpiese medalje in haar loopbaan, 'n silwer, in die 400-meter vryslag, gewen en sodoende die Amerikaanse rekord vir die gebeurtenis opgestel. Haar tyd van 4:01.77 was net 0.32 sekondes agter die wenner Camille Muffat. In haar tweede en laaste individuele wedstryd, die 200-meter vryslag, het Schmitt goud gewen terwyl sy 'n nuwe Olimpiese rekord van 1: 53.61 opgestel het, wat ook 'n nuwe Amerikaanse rekord was. In die wedloop het Schmitt met 'n marge van 1,97 sekondes oor Muffat gewen. In die 4×200-meter vryslagrelys
Schmitt het haar tweede goue medalje gewen nadat sy die Australiese Alicia Coutts oortref het en die veld gewen het met 'n tyd van 1:54.09 as die ankerbeen. Ook op die wen 4×200-meter-stafelspan was daar Missy Franklin, Dana Vollmer en Shannon Vreeland. In haar finale wedstryd, die 4×100-meter-swembad, het Schmitt goud gewen saam met Missy Franklin, Rebecca Soni en Dana Vollmer. Schmitt het 'n tyd van 53.25 aangeteken en die Amerikaanse span het die wêreldrekord met 'n tyd van 3:52.05 opgestel en die Chinese rekord van 3:52.19 in 2009 verbeter.