Tại Olympic London 2012, Trần Lê Quốc Toàn tranh tài ở hạng cân 56kg. Anh xếp hạng tư chung cuộc với tổng cử 284kg. Thành tích của Quốc Toàn kém VĐV Valentin Hristov của Azerbaijan 2kg. Hai VĐV đoạt HCV và HCB hạng cân này là Om Yun Choi (Triều Tiên) và Wu Jingbiao (Trung Quốc).
Tuy nhiên sau đó Uỷ ban Olympic quốc tế (IOC) thông báo, mẫu thử doping của Hristov dương tính với chất cấm. Trần Lê Quốc Toàn vì vậy được đôn từ hạng tư lên hạng 3, qua đó đoạt HCĐ. IOC đã gửi tấm HCĐ Olympic 2012 tới Uỷ ban Olympic Việt Nam để trao cho VĐV Trần Lê Quốc Toàn, người đã xếp thứ 4 tại Olympic 2012.
Dù đã trải qua 9 năm nhưng tấm huy chương này vô cùng quý giá với Quốc Toàn và thể thao Việt Nam. Tại lễ xuất quân đoàn thể thao Việt Nam tham dự Olympic Tokyo 2020 (Nhật Bản) tối 13/7, Trần Lê Quốc Toàn đã vinh dự được Phó Thủ tướng Chính phủ Phạm Bình Minh trao tặng tấm huy chương Olympic.
