יחידת הצלפים מנתה חמישה שוטרים בלבד, כאשר לפי תורת הלחימה מספר הצלפים צריך להיות כפול ממספר המטרות האנושיות שיש לפגוע בהן. השוטרים שנבחרו למשימה עסקו בירי ספורטיבי בזמנם החופשי, ולא היו מאומנים בצליפה. הם הוצבו בנקודות בעייתיות שלא כיסו היטב את הזירה. המסוקים נחתו במקום אחר מזה שתוכנן, בזווית שלא אפשרה לצלפים לירות לתוכם. כתוצאה מכך נמצאו שניים מהצלפים שהוצבו על הקרקע בקו האש של שלושת האחרים שהיו על מגדל הפיקוח. אחד מצלפים אלו, וטייס שנמצא לידו, נורו על ידי חבריהם במהלך הקרב. חוסר מכשירי הקשר לא אפשר למפקדי הכוח לתאם את הירי בין הצלפים. הנשק בידי הצלפים, רובי Heckler &amp; Koch G3, לא התאים למשימה, לה נדרשו רובי צלפים בעלי קנה ארוך יותר. הם לא צוידו בכוונות טלסקופיות ואמצעי ראיית לילה, וגם לא בקסדות ואפודי מגן.
היחידה שהייתה אמורה להסתתר במטוס מוסווה במדי דיילים ולהפתיע את המחבלים החליטה בהצבעה דמוקרטית של חבריה שהמשימה מסוכנת מדי ועזבה את המטוס. הנגמ"שים הוזמנו רק לאחר תחילת הקרב, והגיעו באיחור רב כי נתקעו בפקק תנועה. גם התאורה לא פעלה כראוי והקשתה על הצלפים, ובמהלך הקרב ירו המחבלים לעבר הזרקורים וכך השתרר בזירה חושך מוחלט (היה זה סמוך למולד הירח).
מפקד משטרת מינכן, מנפרד שרייבר, שפיקד על החילוץ, היה מעורב שנה קודם בחילוץ בת ערובה בעת שוד בנק. הוא הורה לצלף להרוג את השודד, אך זה החמיץ את המטרה, ובת הערובה נרצחה בידי השודד. שרייבר הועמד למשפט על הריגה מתוך רשלנות, אך לקראת האולימפיאדה בוטל המשפט נגדו.
בעת ניסיון החילוץ הכושל נכח בשדה התעופה ראש "המוסד", צבי זמיר, שנשלח לגרמניה על ידי גולדה מאיר בניסיון לסייע לגרמנים בהתמודדות עם המחבלים, אבל הם לא נתנו לו להתערב והוא צפה חסר אונים בטרגדיה. ממשלת ישראל ניסתה קודם לכן להציע לגרמניה סיוע של יחידה ישראלית, כנראה סיירת מטכ"ל, שארבעה חודשים קודם השתלטה בהצלחה מלאה על חוטפי מטוס סבנה, אך ההצעה נדחתה על הסף.
בעקבות כישלון פעולת החילוץ, מדינות שונות בעולם ערכו שינויים בפעילותן כדי להיערך ללוחמה בטרור. צרפת הקימה את יחידת GIGN, גרמניה המערבית הקימה את יחידת GSG-9 ובריטניה הקימה יחידה ייעודית ללוחמה בטרור (האגף ללוחמה אנטי מהפכנית, CRW) בתוך היחידה SAS. הפעולה המבצעית הראשונה של שתי היחידות האחרונות הייתה מבצע חילוץ של מטוס גרמני חטוף במוגדישו ב-1977.
המשך האולימפיאדה לאחר הטבח.
לאחר סיומו הטרגי של האירוע החליט הוועד האולימפי הבינלאומי לערוך טקס אזכרה לנרצחים באצטדיון האולימפי, ואחר כך להמשיך את התחרויות לפי התוכנית 24 שעות לאחר שהופסקו. החלטה זו של הוועד, בראשותו של הנשיא אוורי ברנדג', שהכריז: "המשחקים חייבים להימשך", עוררה ביקורת רבה, אולם רק מספר מצומצם של ספורטאים החליטו לפרוש מהמשחקים (ביניהם יפים צ'ולק, שחקן כדורעף יהודי בנבחרת ברית המועצות). ברנדג' היה ידוע כפרו-גרמני עוד מאולימפיאדת ברלין (1936), כאשר בתפקידו כנשיא הוועד האולימפי של ארצות הברית התנגד בתקיפות לקריאות להחרים את האולימפיאדה הנאצית, והחליט להוציא שני רצים יהודיים מנבחרת השליחים של ארצות הברית.
הדגל האולימפי ודגלי המדינות המשתתפות הורדו לחצי התורן לאות אבל. מדינות ערב, למעט ירדן, התנגדו להורדת דגליהן והם נשארו בראש התורן.
בטקס האזכרה הכריז מנהל המשלחת, שמואל ללקין: . באופן סמלי, לאולימפיאדה הבאה שנערכה במונטריאול ב-1976 שלחה ישראל 11 ספורטאים בענפים אישיים, כמספר הנרצחים במינכן, בנוסף לנבחרת הכדורגל. אסתר רוט (שמה החדש של שחמורוב לאחר נישואיה לפטר רוט, שהפך למאמנה), שהייתה היחידה מהספורטאים במינכן שהשתתפה גם במונטריאול, נשאה את הדגל בטקס הפתיחה.
שאר חברי משלחת ישראל טסו לארץ מיד לאחר טקס האזכרה, כשיחד עמם הוטסו עשרת ארונות הנרצחים, שהובאו למנוחת עולמים בטקסים ממלכתיים בהשתתפות מלווים רבים. חמישה חללים נקברו בחלקות צמודות בבית העלמין קריית שאול בתל אביב, וחמישה במקומות אחרים בארץ. החלל האחד עשר, דוד ברגר, הובא למנוחות בעיר הולדתו, קליבלנד בארצות הברית, על פי בקשת משפחתו. ארונו הוטס לקליבלנד במטוס מיוחד שנשלח על ידי נשיא ארצות הברית, ריצ'רד ניקסון.
הקשרים בין גרמניה למתכנני הטבח.
שלושת המחבלים שנתפסו (ג'מאל אל-גאשי, עדנאן אל-גאשי ומוחמד ספדי) לא נותרו זמן רב בכלא גרמני. ב-30 באוקטובר 1972, פחות מחודשיים לאחר האירוע, חטפו מחבלים מארגון "ספטמבר השחור" מטוס של חברת התעופה הגרמנית לופטהנזה. החוטפים דרשו מממשלת גרמניה לשחרר את שלושת מבצעי הטבח במינכן, והגרמנים נענו לדרישתם. בסרט התעודה "יום אחד בספטמבר" נטען כי המטוס נחטף בתיאום עם השלטונות הגרמניים, וכי המחבלים שוחררו משום שגרמניה לא רצתה להחזיקם בארצה וכך "למשוך אש" אליה מצדם של ארגוני הטרור.
באוגוסט 2012 פרסם העיתון הגרמני דר שפיגל כי גרמניה שיתפה פעולה באופן חשאי עם מתכנני טבח הספורטאים. שגריר גרמניה בלבנון, ואלטר נובק, נפגש עם יוסוף א-נאג'ר, מראשי הפת"ח ו"ספטמבר השחור", והציע לו הסכם לפיו יימנעו הפת"ח וספטמבר השחור ממתקפות טרור בגרמניה ואילו גרמניה תעניק תמיכה מדינית ופוליטית לאש"ף. השבועון חשף כי גם שר החוץ הגרמני, ולטר של, ניהל מגעים סודיים עם הארגון. לפי דר שפיגל, כך הפסיקה גרמניה לחקור את טבח הספורטאים במינכן והאחראים לו, לא הגדירה רשמית את האירוע כמעשה טרור ואף קיימה פגישות נוספות עם ראשי ארגון ספטמבר השחור.
תגובת ישראל.
התגובה המיידית של מדינת ישראל לרצח הייתה תקיפה אווירית על בסיסי המחבלים בסוריה ובלבנון. בתקיפה נרחבת זו, שנערכה ב-8 בספטמבר, עשרות מטוסי קרב של חיל האוויר הישראלי פעלו בעת ובעונה אחת נגד עשרה בסיסים. מאוחר יותר באותו ערב הופצץ עוד ריכוז של מחבלים בדרום סוריה. בתקיפות אלו נהרגו כ-200 איש. למחרת ניסתה רביעיית מטוסי "סוחוי" לחדור לרמת הגולן כתגובה. רביעיית המטוסים הספיקה להטיל פצצות באזור קונייטרה אך יורטה על ידי מטוסי חיל האוויר הישראלי. בקרב אוויר קצר שהתפתח נפגעו ארבעת המטוסים. שלושה מהם נפגעו בטילי אוויר-אוויר, התפוצצו בלי שטייסיהם הספיקו לצנוח מהם, ונפלו בשטח סוריה. המטוס הרביעי נפגע אך לא הופל. כל המטוסים הישראלים חזרו בשלום לבסיסם.
ב-15 בספטמבר 1972, פשט כוח צה"ל על מחנה הפליטים ליד העיירה א-נבטיה בדרום לבנון. במבצע נהרגו כ-40 לוחמי פת"ח ושלושה חיילי צה"ל, נהרסו 150 בתים ופוצצו שני גשרים על הליטני.
בנוסף, בעקבות הטבח, החליטה ממשלת ישראל בראשות גולדה מאיר לחסל את כל חברי ארגון "ספטמבר השחור" שהיו מעורבים ברצח הספורטאים. המשימה הוטלה על "המוסד", שבמבצע זעם האל אכן הצליח להרוג, במאמץ שנמשך שנים אחדות, לפחות שמונה מהאחראים לרצח, ובהם מפקד הארגון, עלי חסן סלאמה, שחוסל ב-22 בינואר 1979.
חמישה ימים לאחר טבח הספורטאים נפגש בבריסל צדוק אופיר, קצין איסוף במוסד, עם מוחמד רבאח, אזרח מרוקאי, שהיה אמור להעביר מידע לישראל על פעילות "ספטמבר השחור" באירופה. רבאח ניסה להתנקש בחייו של אופיר, ירה בו ופצע אותו.
עאטף בסיסו, אחד ממארגני החטיפה, שעמד בתחילת שנות ה-90 של המאה ה-20 בראש מערך הביטחון של אש"ף, חוסל בידי המוסד ב-9 ביוני 1992 בפריז.
בנוסף לפעולה ממוסדת זו, נערך גם ניסיון פרטי לנקמה: בספטמבר 1972 קשר עמיחי פאגלין קשר עם הרב מאיר כהנא, אברהם הרשקוביץ ויוסי שניידר, אנשי הליגה להגנה יהודית, להבריח נשק לאירופה לצורך פעולות נקם על טבח הספורטאים. התוכנית נחשפה בעת משלוח אמצעי הלחימה מישראל לרומא, והמעורבים הועמדו לדין בישראל ונדונו לעונשי מאסר על תנאי.
בשנת 2021 הגישו משפחות הנרצחים תביעת פיצויים נגד האו"ם על סך 110 מילון אירו (10 מיליון לכל משפחה).
אזכור הטבח באולימפיאדות.
הוועד האולימפי הבינלאומי התנגד בתוקף לאורך שנים לכל טקס זיכרון לטבח הי"א במהלך המשחקים האולימפיים, בטענה שאין לערב פוליטיקה בספורט. המשלחת הישראלית עורכת טקס זיכרון בכל אולימפיאדה, אך הוא מתקיים בדרך כלל בבית השגריר הישראלי ולא בכפר האולימפי, מפני שהוועד האולימפי מתנגד אף לכך.
באולימפיאדת אתונה (2004) נכח לראשונה נשיא הוועד האולימפי, ז'אק רוג, בטקס הזיכרון לי"א חללי מינכן. במהלך אולימפיאדת לונדון (2012) ערכה שגרירות ישראל בלונדון טקס אזכרה לחללים, שבו נכחו ראש ממשלת בריטניה דייוויד קמרון וראש עיריית לונדון. באולימפיאדת ריו דה ז'ניירו (2016) נערך לראשונה טקס אזכרה רשמי לחללי הטבח, והוחלט על פי הצעתו של נשיא הוועד האולימפי הבינלאומי תומאס באך, להציב בטקס רשמי בכפר האולימפי אנדרטת "אבן זיכרון" לחללי הטבח מטעם הוועד האולימפי הבינלאומי, ובעתיד להעתיקה לכפרים האולימפיים הבאים בערים שיארחו את האולימפיאדות הבאות.
הקמפיין לדקת דומיה לזכר חללי מינכן באולמפיאדת 2012.
לקראת אולימפיאדת לונדון 2012 נערך קמפיין בינלאומי על מנת לשכנע את הוועד האולימפי הבינלאומי לקיים דקת דומייה בטקס הפתיחה של האולימפיאדה לזכר הספורטאים הישראלים שנרצחו באולימפיאדת מינכן. התמיכה בקמפיין הגיעה ממספר אנשי ציבור, בהם נשיא ארצות הברית, ברק אובמה, מזכירת המדינה האמריקאית, הילרי קלינטון, מועמד המפלגה הרפובליקנית בבחירות לנשיאות ארצות הברית שנערכו ב-2012, מיט רומני, שר החוץ הגרמני, גידו וסטרוולה, הפרלמנט האיטלקי, הפרלמנט האוסטרלי, הפרלמנט הגרמני והפרלמנט הקנדי.