Kirjuta lõigule jätkamine - 2012. aasta Londoni suveolümpiamängudel võitis Agnel kokku kolm medalit: kaks kulda ja üks hõbedat. Oma esimesel võistlusel võitis Agnel 4 × 100 meetri vabastiilis stafetis kuldjooksu Amaury Leveaux'i, Fabien Gilot'i ja Clément Lefert'iga. Hüppavad 0,55 s puudujääk, Agnel oli võimeline lõigata, et alla 0,30 s puudujääk 350 meetri märgi. Viimase 50 meetri jooksul võitis Agnel ameeriklase Ryan Lochte ja Prantsusmaa võitis ajaga 3:09:93 Ameerika Ühendriikide ajaga 3:10:38. Agnel ujus kõige kiirema ajaga terves valdkonnas 46.74, ainuke isik, kes murdis 47 sekundit. Järgmisel päeval võitis Agnel oma teise kuldmedali 200 meetri vabas stiilis ajaga 1:43,14, mis on kõige kiirem aeg Prantsusmaa ujumise ajaloos ja 1,79 sekundit ees hõbemedaali võitjatest Sun Yang ja Park Tae-hwan. Finaalis oli Agnel algusest lõpuni esikohal, registreerides esimesel 100 meetril 50,64 ja viimasel 100 meetril 52,50 sekundit. Tema aeg 25.98 viimase 50 meetri jooksul oli kaugeltki kõige kiirem. Agnel võitis oma viimase medali, hõbeda, 4 × 200 meetri vabastiilis USA-l Amaury Leveaux, Grégory Mallet ja Clément Lefert. Ta oli kõige kiirem split-aeg finaalis 1:43,24 ajaga. Oma viimases võistluses, 100 meetri vabas stiilis
, lõpetas Agnel neljandal kohal oma isikliku parima ajaga 47,84, 0,04 sekundit sekundist väljaspool medaleid. Euroopa Ujumise Föderatsioon nimetas Agnel'i 2012. aasta Euroopa meessoost ujujaks.