Vid olympiska sommarspelen 2020 i Tokyo var Dressel en del av USA:s lag som tog guld på 4×100 meter frisim. Övriga i laget var Blake Pieroni, Bowe Becker och Zach Apple. På 100 meter frisim tog Dressel därefter sitt första individuella guld då han i finalen simmade på tiden 47,02, vilket blev ett nytt olympiskt rekord.