בין 112 המשלחות שהשתתפו במשחקים היו גם 14 משלחות שהייתה זו להן אולימפיאדה ראשונה. גרמניה המזרחית וגרמניה המערבית שלחו לראשונה משלחות נפרדות, לאחר שבשלוש האולימפיאדות הקודמות שלחו משלחת אחת. ברבדוס השתתפה לראשונה כמדינה עצמאית, לאחר שבאולימפיאדת רומא (1960) היו הספורטאים מברבדוס חלק מהמשלחת של איי הודו המערבית. כן השתתפו לראשונה איי הבתולה של ארצות הברית, אל סלוודור, גינאה, הונדורס, הונדורס הבריטית (כיום בליז), הרפובליקה הדמוקרטית של קונגו, הרפובליקה המרכז אפריקאית, כווית, ניקרגואה, סיירה לאון ופרגוואי. סינגפור, ששלחה משלחת עצמאית למשחקים עד 1960, ובאולימפיאדת טוקיו (1964), הייתה חלק מהמשלחת המלזית, שבה ושלחה משלחת נפרדת, לאחר שקיבלה עצמאות ממלזיה. סורינאם שבה למשחקים לאחר שנעדרה מאולימפיאדת טוקיו. בתוך כך, קוריאה הצפונית החרימה את המשחקים, לאחר שהוועד האולימפי הבינלאומי סירב להשתמש בשמה הרשמי, הרפובליקה הדמוקרטית העממית של קוריאה.
הישגים ספורטיביים ואירועים בולטים.
במהלך המשחקים נערכו תחרויות ב-20 ענפי ספורט: אופניים, איגרוף, אתלטיקה קלה, הוקי שדה, היאבקות, הרמת משקולות, התעמלות, חתירה, כדורגל, כדורמים, כדורסל, כדורעף, סיף, קאנו/קיאק, קליעה, קפיצה למים, קרב חמש מודרני, רכיבה, שחייה ושיט.
אף שהג'ודו היה ענף רשמי באולימפיאדת טוקיו, לא נערכו תחרויות בענף זה במשחקים אלה. כן התקיימו תחרויות ראווה בבייסבול, טניס וכדור בסקי.
אתלטיקה.
תחרויות האתלטיקה באולימפיאדת מקסיקו התאפיינו בהישגים מרשימים, כולל שיאי עולם, בריצות הקצרות ובקפיצות, לעומת הישגים פחותים בהרבה בריצות הארוכות. ככל הנראה נבע בדבר מגובהה של העיר, ועקב כך, מדלילות האוויר בה. במהלך המשחקים נשברו 15 שיאי עולם ו-11 שיאים אולימפיים.
ג'ים היינס קבע שיא עולם חדש בריצת 100 מטר, 9.95 שניות, והיה הראשון שהשלים את המירוץ בפחות מ-10 שניות. שיאו החזיק מעמד 15 שנים. גם במירוץ המקביל לנשים קבעה ואיומיה טיוס שיא עולם חדש, 11.08 שניות.
הפולנייה אירנה שווינסקה קבעה שיא עולם חדש בריצת 200 מטר, 22.58 שניות. טומי סמית' קבע אף הוא שיא עולם חדש במירוץ זה, 19.83 שניות. שיאו זה היה הפעם הראשונה בה הושלם המירוץ בפחות מ-20 שניות, ואולם סמית' זכור ממשחקים אלה גם מסיבות אחרות בתכלית. בטקס חלוקת המדליות התעוררה סערה, כאשר הוא וזוכה מדליית הארד, ג'ון קרלוס הצדיעו את הצדעת הכוח השחור בזמן נגינת ההמנון האמריקני, כשהם לובשים כפפות וצעיפים שחורים ויחפים מנעליים. זוכה מדליית הכסף, האוסטרלי פיטר נורמן, הצטרף למחאתם כשענד תג של "הפרויקט האולימפי לזכויות אדם". סמית' הסביר כי הנפת ידו הימנית סימלה את כוחה של אמריקה השחורה, הנפת ידו השמאלית של קרלוס סימלה את אחדותה של אמריקה השחורה (אם כי מאוחר יותר התברר כי קרלוס שכח להביא את זוג הכפפות שלו, ולכן, לפי הצעתו של פיטר נורמן, חלקו בזוג של סמית'), הצעיף סימל את הגאווה השחורה, והיעדרן של נעליים סימל את עוניים של השחורים באמריקה. ראשי הוועד האולימפי הבינלאומי ראו במעשיהם של סמית' וקרלוס הבעת עמדה פוליטית שאין לה מקום במשחקים האולימפיים. נשיא הוועד, אייברי בראנדייג', איים כי אם לא יסולקו השניים, תושעה מהמשחקים המשלחת האמריקנית כולה. בסופו של דבר, עזבו סמית' וקרלוס את הכפר האולימפי ושבו לארצם.
שיאי עולם נוספים בריצות הקצרות נקבעו על ידי לי אוונס (43.86 שניות בריצת 400 מטר), ראלף דובל (1:44.40 דקות בריצת 800 מטר), וילי דבנפורט (13.33 שניות בריצת 110 מטר משוכות), דייוויד המרי (48.12 שניות בריצת 400 מטר משוכות), נבחרות השליחים האמריקניות ל-100X4 מטרים (גברים: 38.24 שניות; נשים: 42.88 שניות) ו-400X4 מטרים (2:56.16 דקות).
אולימפיאדת מקסיקו סיטי סימנה את ראשית הדומיננטיות של האתלטים המזרח-אפריקאים בריצות הבינוניות והארוכות. הקנייתים קיפצ'וגה קיינו, נפתלי טמו ועמוס ביווט ניצחו בריצת 1500 מטר, ריצת 10000 מטר וריצת 3000 מטר מכשולים, התוניסאי מוחמד גמודי ניצח בריצת 5000 מטר, והאתיופי מאמו וולדה ניצח בריצת המרתון. 10 מתוך 15 המדליות שחולקו בריצות אלה הוענקו לאתלטים אפריקאים.
גם במקצועות השדה נשברו מספר שיאי עולם. בוב בימון שיפר את שיא העולם בקפיצה לרוחק בלא פחות מ-55 ס"מ, והעמידו על 8.90 מטר. שיא זה החזיק מעמד 23 שנים. גם הרומניה ויוריצה ויסקופולאנו קבעה שיא עולם חדש בקפיצה לרוחק, 6.82 מטר. בתחרויות הקפיצה המשולשת נשבר שיא העולם חמש פעמים בידי שלושה קופצים שונים, עד שהסובייטי ויקטור סנייב העמידו על 17.39 מ', הייתה זו מדליית הזהב הראשונה שלו מתוך 4 מדליות, 3 מהן זהב. הגרמנייה מרגיטה גומל קבעה שיא עולם ביידוי פטיש (19.61 מ').
זורק הדיסקוס האמריקני אל ארטר היה לאתלט הראשון בהיסטוריה שזוכה בתואר האולימפי ארבע פעמים ברציפות. ארטר גם קבע שיא אולימפי חדש, 64.78 מטר. ספורטאי בולט נוסף היה הקופץ לגובה דיק פוסברי. פוסברי, שקבע אף הוא שיא אולימפי חדש (2.24 מ'), עשה זאת בסגנון חדש, כאשר קפץ עם הגב לכיוון הרף. שיטה זו, הקרויה על שמו ("שיטת פוסברי"), אומצה עד מהרה בידי קופצים נוספים, וכיום זו הדרך המקובלת בקפיצה לגובה.
התעמלות.
נבחרת ברית המועצות זכתה במדליית הזהב בתחרות הקבוצתית לנשים, כשהקדימה את נבחרות צ'כוסלובקיה וגרמניה המזרחית. כל המדליות שהוענקו בתחרויות הנשים נחלקו בין מתעמלות משלוש מדינות אלה. הצ'כוסלובקית ורה צ'סלבסקה התחרתה בכל ששת המקצועות, וזכתה ב-4 מדליות זהב ושתי מדליות כסף. צ'סלבסקה ניצלה את הבמה שניתנה לה גם למחאה מינורית נגד הפלישה הסובייטית לצ'כוסלובקיה לשם דיכוי "האביב של פראג" שבועות ספורים קודם לכן. בתחרויות בהן זכתה במדליית כסף, זכו ספורטאיות סובייטיות במדליות הזהב, וצ'סלבסקה הרכינה את ראשה בעת שנוגן המנון ברית המועצות. עם שובה לצ'כוסלובקיה הושעתה מפעילות ספורטיבית.
בין הגברים בלטו הספורטאים היפנים. אקינורי נקיאמה זכה ב-6 מדליות, מהן 4 מדליות זהב, וסוואו קאטו זכה ב-4 מדליות, מהן 3 מדליות זהב. שניהם היו שותפים לזכייתה של הנבחרת היפנית בתחרות הקבוצתית בפעם השלישית ברציפות. ספורטאי בולט נוסף היה הסובייטי מיכאיל וורונין, שזכה ב-7 מדליות, מהן 2 מדליות זהב.
כדורגל.
נבחרת הונגריה זכתה בתואר בפעם השנייה ברציפות, לאחר שהביסה במשחק הגמר את נבחרת בולגריה 1-4. משחק שנערך בשלב רבע הגמר בין נבחרות בולגריה וישראל הסתיים בתיקו 1-1, ועלייתה של בולגריה לחצי הגמר הוכרעה בהגרלה.
כדורסל.
נבחרת ארצות הברית זכתה בתואר האולימפי בפעם השביעית ברציפות, לאחר שהביסה במשחק הגמר את נבחרת יוגוסלביה 50-65.
סיף.
ג'זה קולצ'אר () זכה בדתי מדליות זהב בדקר אישי ובדקר קבוצתי
קפיצה למים.
קלאוס דיביאזי () זכה במדליית זהב בקפיצה מפלטפורמה קשיחה מ-10 מטר.
שחייה.
בתחרויות השחייה שנערכו במקסיקו סיטי נקבעו ארבעה שיאי עולם ו-19 שיאים אולימפיים. השחיינים האמריקנים הובילו את טבלת המדליות. הם זכו ב-52 מתוך 77 מדליות אפשריות, וניצחו ב-21 מתוך 29 המשחים.
מספר שחיינים ניצחו ביותר ממשחה אחד. האוסטרלי מייקל ונדן קבע שיא עולם חדש במשחה ל-100 מטר חופשי (52.2 שניות) ושיא אולימפי במשחה ל-200 מטר חופשי. האמריקאי מייק ברטון קבע שיאים אולימפיים במשחים ל-400 ול-1500 מטר חופשי. המזרח גרמני רולנד מאתס קבע שיאים אולימפיים במשחים ל-100 ו-200 מטר גב והאמריקאי צ'ארלס היקוקס ניצח בשני המשחים בסגנון מעורב, כאשר במשחה ל-200 מטר אף קבע שיא אולימפי חדש. מארק ספיץ בן ה-18 התחרה אף הוא במשחים. הוא זכה במדליית כסף במשחה ל-100 מטר פרפר, במדליית ארד במשחה ל-100 מטר חופשי, והיה שותף לזכייה בשתי מדליות זהב עם נבחרת השליחים.
האמריקנית דבי מאייר ניצחה במשחים ל-200, 400 ו-800 מטר חופשי, ובשלושתם קבעה שיאים אולימפיים. קיי הול קבעה שיא עולם חדש במשחה ל-100 מטר גב (1:06.2 דקות). קלאודיה קולב ניצחה בשני המשחים בסגנון מעורב, ובשניהם קבעה שיאים אולימפיים.
נבחרות השליחים האמריקניות ניצחו בכל המשחים בהן התחרו, הן הגברים והן הנשים. הגברים קבעו שני שיאי עולם (3:31.7 דקות במשחה ל-100X4 מטר חופשי ו-3:54.9 דקות במשחה ל-100X4 מעורב), והנשים קבעו שני שיאים אולימפיים.
שיט.
בין המתחרים בתחרויות השיט היה גם יורש העצר הנורווגי הנסיך האראלד, לימים מלך נורווגיה. הוא סיים במקום ה-11 בדגם 5.5 מטר. שייט נוסף שהשתתף במשחקים, הבלגי ז'ק רוג, היה אלמוני באותה העת, וסיים רק במקום ה-25 בדגם פין. 33 שנים מאוחר יותר נבחר רוג ליושב ראש הוועד האולימפי הבינלאומי.
מדליות.
ארצות הברית דורגה בראש טבלת המדליות בפעם השנייה ברציפות, לאחר שזכתה במספר הגבוה ביותר של מדליות זהב. בנוסף, לראשונה מאז אולימפיאדת הלסינקי (1952) זכו הספורטאים האמריקנים במספר רב יותר של מדליות מהספורטאים הסובייטים.
ספורטאים מ-44 מדינות זכו במדליות. עבור 3 מהמדינות הייתה זו זכייה ראשונה: מונגוליה (מדליית כסף ו-3 מדליות ארד, כולן בהיאבקות), אוגנדה (מדליית כסף ומדליית ארד באיגרוף) וקמרון (מדליית כסף באיגרוף). ספורטאים מ-3 מדינות נוספות זכו במדליות זהב ראשונות בתולדות אותן מדינות: קניה (3 מדליות זהב באתלטיקה), תוניסיה (באתלטיקה) וונצואלה (מדליית זהב באיגרוף).
המשלחת המקסיקנית צברה תשע מדליות, שלוש מכל סוג, והיא דורגה במקום ה-15 בטבלת המדליות. זהו ההישג הטוב ביותר בתולדות המשלחת.
המדינות שגרפו את מרב המדליות:
המשלחת הישראלית.