2012 aasta suveolümpiamängud algasid Cochrane'iga, kes võistles esimesel võistluspäeval 400 meetri vabas stiilis. Seal võitis Cochrane oma võistluse ja kvalifitseerus viimasena finaali. Kuid pärast seda, kui Park Tae-hwani diskvalifitseerimine tühistati, lükatakse Cochrane finaalist välja ja ta ei ujunud selles 1/100 sekundis. Järgmiseks astus ta oma embleemivõistlusesse 1500 meetri
kus ta kvalifitseerus kolmandal kohal. Finaalis suutis Cochrane hõbemedaali Oussama Mellouli eest ületada ja saavutas selle isikliku parima ajaga. Oma teise medaliga oma teisel järjestikusel olümpiamängudel kinnitas see Cochrane'i kui Kanada sportlase, kes ehitaks oma ujumismeeskond tulevikuks, kui ta teatas, et ta püüab Kanadas ujumist 2016. aasta Rio de Janeiros toimuval suveolümpiamängudel.