Swój udział we French Open w 2012 roku zakończyła w czwartej rundzie po przegranej z Dominiką Cibulkovą. 11 czerwca 2012 roku spadła z pozycji liderki rankingu gry pojedynczej na rzecz Marii Szarapowej.
thumb|Wiktoryja Azaranka podczas Mistrzostw WTA Podczas Wimbledonu dotarła do półfinału, w którym uległa Serenie Williams 3:6, 6:7(6). Po turnieju ponownie znalazła się na pierwszym miejscu w rankingu singlowym. Podczas igrzysk olimpijskich w Londynie zdobyła brązowy medal w grze pojedynczej. Po porażce w półfinale 1:6, 2:6 z Sereną Williams, w meczu o trzecie miejsce pokonała Mariję Kirilenko 6:3, 6:4. W grze mieszanej razem z Maksem Mirnym zdobyła złoty medal. W finałowym spotkaniu pokonali oni Laurę Robson i Andy’ego Murraya 2:6, 6:3, 10-8.
Podczas US Open osiągnęła finał singla. W zawodach pokonała m.in. Samanthę Stosur, obrończynię tytułu, oraz Mariję Szarapową, byłą liderkę rankingu WTA. W meczu mistrzowskim uległa jednak Serenie Williams 2:6, 6:2, 5:7, pomimo prowadzenia w trzecim secie 5:3. W turnieju Premier 5 w Tokio osiągnęła ćwierćfinał z Kerber, który oddała walkowerem z powodu zawrotów głowy. W kolejnym azjatyckim turnieju, w Pekinie o randze Mandatory, Azaranka zanotowała zwycięstwo. W całym turnieju nie straciła seta, a w finałowym pojedynku pokonała Szarapową 6:3, 6:1.