ב-29 ביולי, ג'ונסון כבש בקלות את התואר האולימפי ב-400 מטר עם זמן שיא אולימפי של 43.49 שניות, 0.92 שניות לפני רוג'ר בלאק מממלכת בריטניה. ב-1 באוגוסט, ג'ונסון רץ ב-10.12 שניות במרחק של 100 מטר, וסיים את המירוץ בזמן שיא עולמי של 19.32 שניות, ושבר יותר משלושה עשרות שניה את השיא הקודם שהציב באולימפיאדת ארה"ב, באותו מסלול חודש קודם לכן - השיפור הגדול ביותר אי פעם על שיא עולמי של 200 מטר. כמה פרשנים השוו את הביצועים עם הקפיצה ארוכה של בוב בימון באולימפיאדת הקיץ של 1968 במקסיקו סיטי. במהלך המירוץ, ג'ונסון כבד שריר ברגלו, מה שמנע ממנו לזכות במדליית הזהב השלישית שלו באולימפיאדה בתרוצת 4 × 400 מטר.
כאשר נבחרת ארה"ב המשיכה לזכות בזהב גם בלעדיו.