Em sua segunda participação olímpica, Sandra Izbasa obteve um desempenho melhor do que na edição anterior, realizada em Pequim. Em Pequim, Izbasa esteve em três finais, tendo conquistado duas medalhas. A Primeira final para a qual se classificou foi a por equipes, da qual saiu medalhista de bronze, ao lado das colegas Steliana Nistor, Anamaria Tamarjan, Gabriela Dragoi, Andreea Grigore e Andreea Acatrinei. Em seguida, Sandra participou do individual geral de onde saiu com o oito lugar. Posteriormente, na únical final por aparelho para a qual estava classificada, a ginasta conquistou a medalha de ouro, após superar o score de 15,500 da norte-americana Shawn Johnson.

Na edição de Londres dos Jogos Olímpicos, a romena Izbasa se classificou para quatro finais, respecticamente, Equipes, Individual Geral, Salto e Solo. Na primeira final, Sandra mais uma vez levou a medalha de bronze. Sua equipe era composta por Catalina Ponor, Diana Bulimar, Diana Chelaru e Larisa Iordache. Na final do Concurso Geral, classificada na décima posição, Raluca terminou em quinto lugar, perdendo as primeiras posições para Gabrielle Douglas, Viktoria Komova, Aliya Mustafina e Alexandra Raisman, respetivamente, Ouro, Prata, Bronze e Quarta colocada. Na final do aparelho salto, a romena que se classificou com a segunda melhor nota conquistou o ouro, após superar a ginasta McKayla Maroney, que teve uma falha em sua série. Na última final olímpica, a do solo, a romena, que era cotada como uma das favoritas a conquistar o título, terminou em último lugar após sofrer uma queda na última acrobacia de sua serie. A norte-americana Alexandra Raisman ficou com a medalha de ouro, a romena Catalina Ponor com a prata e a russa Aliya Mustafina com o bronze.