A szeptemberben 30. születésnapját ünneplő versenyző a 2004-es athéni és a 2008-as pekingi olimpián egyaránt megnyerte a 100 és a 200 méteres mellúszást, azonban a londoni játékok kevés sikert hoztak a számára.

A brit fővárosban 100 méteren Gyurta Dániel mögött az ötödik, míg 200 méteren, ahol magyar vetélytársa világcsúccsal diadalmaskodott, a negyedik helyen zárt. A 4x100-as vegyesváltó tagjaként elért ezüstérme csekély vigasz volt a sérülésből felépült Kitadzsima számára. 

"Nagy kérdés, hogy milyen célokat tűzzek ki magam elé" - nyilatkozta Kitadzsima a Nikkan Sports japán sportnapilapnak. "Időre van szükségem, hogy ezt átgondoljam."

Kitadzsima bevallotta: nagy reményekkel vágott neki a londoni olimpiának, és rendkívül csalódott amiatt, hogy pályafutása negyedik ötkarikás eseményén nem tudta megvédeni címeit.