29. juulil võitis Johnson kergesti olümpiamängude 400 meetri võistluse tiitli olümpiareekordiajaga 43,49 sekundit, 0,92 sekundit ees Suurbritannia hõbemedaali võitjast Roger Blackist. 1. augustil toimunud 200 meetri finaalis jooksis Johnson 100 meetri algusjooksu 10,12 sekundiga ja lõpetas võistluse maailmarekordiajal 19,32 sekundit, purustades rohkem kui kolme kümnendiku sekundi võrra USA olümpiamängude eelmises rekordis, mille ta oli seadnud samal rajal kuu aega varem - suurim 200 meetri maailmarekord. Mõned kommentaatorid võrdlesid seda saavutust Bob Beamoni rekordit purustava pika hüppega 1968. aasta Mehhiko Olümpiamängudel. Võistluse ajal pingutas Johnson oma jala lihased, mis takistas tal võita oma kolmandat olümpiamängude kuldmedalit 4 × 400 m staleel.
USA võitis ilma temata kuldmedali.