В те годы триатлон не был олимпийским видом и Лэнс решил переключиться на велоспорт, чтобы участвовать в Олимпиаде. Армстронг выиграл чемпионат США среди любителей в 1991 году. На XXV Олимпийских играх в Барселоне в 1992 году занял 14 место в групповой гонке. Стал одним из самых молодых чемпионов мира в шоссейных велогонках, одержав победу в 1993 году в возрасте 22 лет.