2003. aasta sõudmise maailmameistrivõistlustel mahuvad olümpiapääsme andnud üheteistkümne parema sekka nii Jüri Jaanson ühepaadil, paarisaeruline kahepaat kui ka paarisaeruline neljapaat. Ateenas õnnestub sõit kõige paremini Jüri Jaansonil, kes saab oma viiendal olümpial hõbemedali. Jaansoni eratreener, Ukraina ammeriklane, Igor Grinko avaldab arvamust: "Ja kuldki oli nii lähedal." Sõudemaailma jahmatavad Leonid Gulov ja Tõnu Endrekson, kes paarisaerukaheste finaalis finišeeruvad neljandana, jättes ette vaid maailmameistrivõistluste võitjad ja olümpiavõitja tiitlitega pärjatud sõudjad. Eesti paariaeruline neljane koosseisus Oleg Vinogradov, Igor Kuzmin, Andrei Šilin ja Andrei Jämsä lõpetavad oma poolfinaalis napilt neljandana, kuigi salamisi oli neilt loodetud finaalikohta. B-finaalis võidab Eesti nelik küll esikoha, mis annab olümpial üheksanda koha.

Meeste odaviske lõppvõistlusel selgus medalite saatus kahe esimese vooruga. Teises voorus püstitas norralane Andreas Thorkildsen isikliku rekordi 86.50, mis tagas talle olümpiakulla. Lätlane Vadims Vasilevskis kindlustas esimeses voorus püstitatud isikliku rekordiga 84.95 hõbemedali ja venelane Sergei Makarov 84.84-ga pronksi.

Kümnevõistlejatest oli enne Ateena olümpiat kõige võimsamad tulemused neljal mehel. Roman Šebrle oli suve alguses saanud Götzises kokku 8842 punkti, mis tõstis ta kindlasti üheks suursoosikuks olümpiakullale. Ameeriklane Tom Pappas kaotas USA katsevõistlustel küll 8660 punkti kogunud noorele Bryan Clay'le, kuid säilitas sellegi poolest favoriidiseisuse. Neljas favoriit oli Kasahstani esindav Dmitri Karpov, kes oli Götzises teinud isiklikuks rekordiks 8512 punkti. Erki Noole Tallinnas Superliiga kümnevõistluses kogutud 8281 punkti erilisi medalilootusi ei andnud. Kümnevõistluse käigus oli Šebrle triumf täielik, kuldmedali hinnaks märgitakse 8893 punkti. Tulevikumees Clay kaotas Šebrlele 73 punktiga ja sai tasuks hõbemedali, kuna Karpovi kogutud 8725 punkti andsid talle pronksi. Erki Noole medalilootused kustutas ebaõnnestunud kõrgushüpe - kokkuvõttes 8235 punkti ja 8. koht.

Meeste 1500 meetri jooksus pälvis marokolane Hicham El Guerrouj esikoha nii 2001. kui ka 2003. aasta maailmameistrivõistlustel ning tõusis peamiseks Ateena mängude võitjasoosikuks. Ja nii ka läks - eeljooksude kadalipu läbis Guerrouj kergelt, finaalis alistas armutu tempoga nii Bernard Lagati (Keenia) kui ka Rui Pedro Silva (Portugal) ning ületas finišijoone olümpiavõitjana. Lisaks kordas El Guerrouj Ateenas legendaarse soomlase Paavo Nurmi saavutust, kes võitis 1924. aasta olümpiamängudel Pariisis nii 1500 meetri kui ka 5000 meetri jooksu. 5000 meetri jooksu finaalis alistas Guerrouj lõpuheitluses nii nõelterava etiooplase Kenenisa Bekele kui ka keenialasest maailmameistri Eliud Kipchoge.

Kuulitõukajad pälvisid Ateena mängudel rohkem tähelepanu kui ühelgi varasemal olümpial. Nimelt toimusid meeste ja naiste kuulitõukevõistlused kaks päeva enne muu kergejõustikuprogrammi algust ateenast 320 kilomeetri kaugusel asuvas iidses Olümpias, mis oli antiikolümpiamängude areen aastatel 776 eKr kuni 393 pKr. Meestest võitis ukrainlane Juri Belonog, naistest sai kulla Yumileidi Cumba Kuubast. Eestit esindanud Taavi Peetre sai kvalifikatsioonivõistlustel kirja tulemuse 19.14, mis andis kokkuvõttes 26. koha.

Kümmekond hooaega valitses naiste 800 meetri jooksus Mosambiigi jooksuime Maria Mutola, keda peeti ka Ateena olümpia suurfavoriidiks. Soosikuid oli teisigi - maailma edetabelit juhtis venelanna Tatjana Andrianova, tugevad jooksjad olid ka Jolanda Ceplak Sloveeniast ning Kelly Holmes Suurbritanniast. 800 meetri jooksu dramaatilises finaalis võidabki Holmes Hasna Benhassi (Maroko), Ceplaki ja Mutola ees. 1500 meetri jooksus alistas Holmes lõpumeetritel Pariisi maailmameistri Tatjana Tomašova Venemaalt ning tõi Suurbritanniale teise kuldmedali.

Naiste teivashüppes valitsesid enne olümpiat venelannad - endine riistvõimleja Svetlana Feofanova võitis nii 2002. aasta Euroopa meistrivõistlustel kui ka 2003. aasta maailmameistrivõistlustel, maailmarekordi parandajate nimistusse kerkis Volgogradist pärit Jelena Isinbajeva. Ateenas püstitas Isinbajeva 4.91-ga uue maailmarekordi ja võitis Feofanova ees kuldmedali.

Meeste 200 meetri vabaujumises kroolis end võitjaks Austraalia supermees Ian Thorpe, korrates Sydney triumfi. Teiseks jäi lendav hollandlane Pieter van den Hoogenband, kuna mängude edukaim sportlane Michael Phelps Ameerikast pidi leppima pronksmedaliga.

Alates 1964. aastast valitses meeste 4× 100 meetri vabaujumist olümpiamängudel täiesti vääramatult USA. Alles Sydneys murdsid austraallased ameeriklaste hegemoonia ning USA leppis hõbedaga. Ateena finaalis lõi aga suuri ujumisriike Lõuna-Aafrika Vabariigi teatenelik Roland Schoeman, Lyndon Ferns, Darian Townsend ja Ryk Neethling, kellest varem polnud keegi midagi kuulnud. Pieter van den Hoogenbandi imeline lõpuspurt tõi Hollandile hõbeda. Ameeriklaste neliku osaks jäi leppimine pronksmedalitega, Sydney võitjad austraallased lõpetasid aga tagasihoidlikul kuuendal kohal.

Meeste korvpalli finaali jõudsid Argentina ja Itaalia. Argentina läks kullamängule suursoosikuna - alistati ju poolfinaalis NBA tähtedest koosnev USA meeskond 89:81. Tänu tabavatele kolmepunktivisetele suutis Itaalia hoida mängu põnevana, ometi sai meeste korvpall uue olümpiavõitja - argentiinlased võitsid itaallasi 84:69. Leedu korvpallikoondis jäi esmakordselt pärast taasiseseisvumist olümpiamedalist ilma - pronksimängus jäädi ameeriklastele all 96:104. Ometi näidati USA Dream Teamile olümpial taas koht kätte - viis rasket võitu ja kolm kaotust tõid küll pronksmedali, aga nende mäng oli kõike muud kui väljapaistev.

Meeste jalgpalliturniiri finaali jõudsid Argentina ja Paraguay. Olümpiavõitjaks tuli Argentina meeskond, kes alagrupist pääses edasi kolme võiduga, alistas veerandfinaalis Costa Rica 4:0 ning oli poolfinaalis 3:0 üle hilisemast pronksimeeskonnast Itaaliast.

Tennises võitis ühe ööpäeva sees Tšiilile kaks kuldmedalit Nicolas Massu - üks kuld tuli meeste üksikmängus ja teine koos Fernando Gonzalesiga meeste paarismängus. Muide, need kuldmedalid olid üldse esimesed, mis Tšiili olümpiamängudelt võitnud on. Naiste üksikmängus läks kuldmedal Belgiasse - finaalis alistas Justine Henin-Hardenne Amelie Mauresmo (Prantsusmaa) 6:3, 6:3. Naiste paarismängu kuld läks üllatuslikult Hiina paarile Ting Li - Tian Tian Sun, kes finaalis võitsid Hispaania paari Conchita Martinez - Virginia Ruano Pascual 6:3, 6:3. Eesti tennisistide olümpiadebüüt lõppes juba avaringis - naiste üksikmängus kaotas Kaia Kanepi Yoon-jeong Chole (Lõuna-Korea) 6:7, 1:6 ning paarismängus jäid Kaia Kanepi - Maret Ani 4:6, 1:6 alla Austraalia paarile Alicia Molik - Rennae Stubbs.

Meesratturite 224,4 km grupisõidus läks Ateena olümpiatrassile 144 sportlast, kelledest vähemalt kolmandik hellitas mõttes medalilootust. Eestlasi lubas maailma edetabel olümpiastarti neli, kuid põrgukuumuses toimunud kuuetunnises katsumuses suutis neist ainukesena finišini jõuda Janek Tombak, kes kaotas võitjale üheksa minutiga ja sai 61. koha.

Ateena olümpiamängude lõputseremoonia kujunes grandioosseks ja meeldejäävaks showks. Teiste lippurite seas tõi Eesti lipu olümpiastaadionile püstitatud hiigelpoodiumile hõbemedalivõitja Jüri Jaanson. Rahvusvahelise Olümpiakomitee president Jacques Rogge ütles lõpetuseks: "These were unforgettable dream games", tunnistades XXIII nüüdisaegsed suveolümpiamängud Ateenas kordaläinuks.

Kaheteist aasta eest Barcelona olümpial viienda koha saavutanud, kaheksa aasta eest Atlantas juba avaringis kaotusega leppinud ning Sydney olümpial pronksi saanud Indrek Pertelson pidi ka Ateenas leppima pronksmedaliga. Eelringides alistas Pertelson alžeerlase Mohamed Bouaichaoui ja Usbekistani judoka Abdullo Tangrievi ning kaotas veerandfinaalis Tamerlan Tmenovile (Venemaa). Lohutusringis võitis Pertelson Daniel Hernandese (Brasiilia) ja Selim Tataroglu (Türgi). Pronksimatšis alistas ta kauni heitega itaallase Paolo Bianchessi.

Aleksander Tammert tõi Ateenast Eestile olümpiapronksi. Ungarlane Robert Fazekas jäi reeglite vastu patustamise (keeldus dopingukontrollis uriiniproovi andmast) tõttu olümpiakullata, selle sai leedulane Virgilius Alekna (keskel), kuna hõbe läks Ungarisse Zoltan Kövagole (vasakul).