На Олимпийских играх в Токио японцы получили квоту в команде, что позволило им заявить трёх лучников. Муто вошёл в их число. В миксте уже в первом раунде Муто и Адзуса Ямаути проиграли французам Лизе Барбелен и Жану-Шарлю Валладону, а в командном мужском турнире вместе с Юки Кавата и Такахару Фурукавой японцы победили серебряных призёров двух последних Олимпиад американцев (5:1), но в полуфинале в перестрелке проиграли корейцам. В матче за бронзу, так же в перестрелке, японцы одержали победу. Таким образом, Хироки Муто завоевал бронзу. В личном турнире уже в первом матче он проиграл израильтянину Итаю Шанни.