Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Den regerande Europamästaren höll Danny Talbot och Zharnel Hughes borta på ett spår där han bröt sin hamstring för ett år sedan.
Den brittiske skivinnehavaren Dina Asher-Smith spetsade ut Desire Henry och Jodie Williams i kvinnoevenemanget.
Matthew Hudson-Smith vann 400m i en europeisk ledande tid på 44,88 sekunder.
På hemvägen drog Hudson-Smith sig undan från Rabah Yousif och Martyn Rooney och höll sin form nerför hemmet rakt som Yousif kom igenom i sekunden med en karakteristisk sen våg.
I avsaknad av etablerade stjärnor som Mo Farah, Greg Rutherford och Jessica Ennis-Hill producerade Andy Pozzi en av de andra föreställningarna under helgen för att vinna 110m hinder med en personlig bästa av 13.31 sek i en motvind på 1,3 meter.
Pozzi, deltar i sina första brittiska mästerskap sedan 2012 efter fyra års skada, förseglade automatisk OS-val, tillsammans med Lawrence Clarke, som var tvåa.
Gemili hade aldrig tidigare vunnit en nationell titel men han körde förbi Hughes i körfältet utanför honom på kurvan och sedan behöll sin form som Talbot stängd under de senaste 20 meter för att vinna i 20.44 seks.
En till synes oduglig Hughes kunde bara komma fjärde 20.84, vilket innebär att han står inför en utskjutning med Netanel Mitchell-Blake för den tredje och sista olympiska 200m plats.
Gemili, som missade brittiska mästerskapen förra året genom skada, sade: " Förra året såg jag på TV när min hamstring var i två delar.
"Den tredje punkten kommer att bli tuff. Hellre dem än mig. Jag är glad att jag bokade min plats, jag ville göra det automatiskt. Om jag inte hade gjort det hade det varit ett svårt val för alla.
"Jag vet att de inte är 100%, men när de är det kan de flyga."
Asher-Smith blev skrämd av Henry och såg fram emot att sätta besvikelsen över hennes 100-metersuppvisning på lördagen bakom henne, hennes segermarginal - 23.11 sek till 23.13 sek, med Williams ytterligare nio hundradels sekund tillbaka - bevis på djupet av talang Storbritannien har i kvinnospurterna.
Idrottare behövde avsluta i de två bästa i sitt evenemang i helgen och har två föreställningar inom kvalificeringsstandarden för att garanteras en plats i truppen för Rio.
Även om det var enkelt för några - Eilidh Doyle dominerar hennes 400m hinder final i 54.93 sekunder, Charlie Grice och Chris O'Hare tar en förväntad en-två på 1500m - det lämnade andra med oroliga veckor framöver.
Sista deadline för kvaltid är den 11 juli och Sebastian Rodger kommer att vara en hoppfull jaga en annan snabb tid efter att ha vunnit männens 400m hinder men med bara ett märke under bältet.
Men Jack Green, som har kämpat mot depression och kom av sin medicin för att komma i optimal fysisk form, kommer att vara på planet till Rio efter att ha kommit in andra med de nödvändiga tiderna redan under bältet.
Det fanns känslor också för Steph Twell efter att hon vann sin tredje 5000m titel för att kvalificera sig för sina andra OS, efter att ha missat på London efter en fruktansvärd fotled skada, och för Eilish McColgan, som kommer att gå med henne efter att ha kämpat igenom för andra.
Ta reda på hur du kommer igång med vår specialguide.
Laura Muir och Laura Weightman båda kvalificerade från 1500m, den förra med en imponerande front run, medan Jazmine Sawyer producerade en lysande personlig bäst av 6,75m i den näst sista omgången av det långa hoppet för att stjäla både titeln och en debut OS plats.
Ändå blev Goldie Sayers besviken, 11 gånger så stor som den brittiska javelinmästaren, då hon blev slagen på andra plats av en personlig best på 57,44 meter från Jo Blair. Hon kommer nu att behöva hitta ett kast på 62 meter eller mer innan den juli deadline om hon ska gå till sin fjärde OS.
Lynsey Sharp har trösten av en olympisk plats att kompensera för sitt 800m nederlag av 2015 världsfinalisten Shelayna Oskan-Clarke, men sju-tidens mästare Michael Rimmer drabbades av en enorm upprörd när slagen av Elliot Giles och Jamie Webb, och kommer nu att behöva hoppas på selectors "storesse.
Män:
100m: James Dasaolu, James Ellington
200m: Adam Gemili, Danny Talbot
400m: Matthew Hudson-Smith, Rabah Yousif
1500m: Charlie Grice, Chris O'Hare
Tom Farrell och Andy Butchart.
110m hinder: Andrew Pozzi, Lawrence Clarke
400m hinder: Jack Green
Högt hopp: Chris Baker, Robbie Grabarz
Valvet: Luke Cutts
Kvinnor:
100m: Asha Philip, Daryll Nieta
200m: Dina Asher-Smith, Desire Henry
400m: Emily Diamond, Seren Bundy-Davies
800m: Shelayna Oskan-Clarke, Lynsey Sharp
1500m: Laura Muir, Laura Weightman
5 000 m: Steph Twell, Eilish McColgan
100m hinder: Tiffany Porter: Cindy Ofili
400m hinder: Eilidh Doyle
3000m brantlechase: Lennie Waite
Långt hopp: Shara Proctor, Jazmin Sawyers
Högt hopp: Morgan Lake
Valvet är Holly Bradshaw.
Sophia Hitchon Ordförande
Diskus: Jade Lally
*Hela Storbritannien laget för Rio kommer att tillkännages den 13 juli
Prenumerera på BBC Sport nyhetsbrev för att få vårt tips på nyheter, funktioner och video skickas till din inkorg.
Adam Gemili producerade en champion show under enorm press att ta den brittiska 200m titeln och vinna sin plats i GB OS-truppen.