在2012年伦敦奥运会中，迈克尔·菲尔普斯的精彩表现给观众留下了深刻印象。首日比赛中，他在400米个人混合泳项目中，尽管罗切特一开始就确立了领先，但菲尔普斯在蝶泳阶段落后，最终以4分9秒28的成绩位列第四，遗憾地与奖牌失之交臂。
在4×100米自由泳接力中，菲尔普斯尽管贡献了47.15秒的第二棒，但最终由于队友罗切特的冲刺稍慢，美国队以0.45秒的差距获得亚军。然而，这并没有影响他的表现。
8月1日，菲尔普斯在200米蝶泳决赛中遭遇挑战，以1:53.01的成绩获得银牌，南非选手查德·勒·克洛斯夺得了金牌。接着，他在男子4×200米自由泳接力中凭借团队协作，以6分59秒70的成绩带领美国队夺冠，展示了强大的团队实力和个人实力。
8月3日，菲尔普斯在200米个人混合泳决赛中以1分54秒27的出色成绩实现三连冠，这是他在奥运赛场的首个个人项目金牌，同时也是他的第16枚奥运金牌，奖牌总数达到20枚，刷新了奥运记录。罗切特和匈牙利选手切赫分获银铜。
8月4日，菲尔普斯在100米蝶泳中逆境翻盘，以51秒21的成绩再次卫冕，实现了该项目的个人三连冠。最后，在8月5日的4×100混合泳接力中，尽管起初美国队落后，但菲尔普斯的精彩表现帮助美国队以3分29秒35的成绩夺冠，他个人的奥运金牌数增至18枚，奖牌数达到22枚，超越了拉蒂尼娜的记录，成为奥运史上最伟大的选手之一。
18个奥运冠军得主，罕见的游泳奇才。他已经被一些人视为他所从事的运动历史上最伟大的全能运动员。在2004年的美国选拔赛中，菲尔普斯取得了6个单人游泳项目的雅典奥运会参赛资格。他最终获得了6枚奥运会金牌，2枚铜牌。在2008年北京奥运会上他又破纪录的独揽八枚金牌而震惊世界。2011年7月27日，菲尔普斯夺得上海世锦赛200米蝶泳冠军。2012年伦敦奥运会中获得男子200米蝶泳银牌，并带领美国游泳队获得男子4x200米自由泳接力金牌。2012年8月4日，伦敦奥运会男子100米蝶泳决赛中获得金牌。2012年8月4日，菲尔普斯将在奥运会之后选择退役。