Bien qu'encore amoindri par de nouvelles blessures, Javier Sotomayor commence la saison 1992 par une série de meetings en salle, signant notamment un bond à à Berlin. Après avoir manqué les deux dernières éditions, il déclare vouloir axer sa préparation sur les Jeux olympiques d'été de Barcelone du mois d'août. Profitant d'un recul important de la spécialité, il enchaîne douze victoires successives de mai à , s'imposant tout d'abord lors des championnats nationaux de La Havane en mai, puis réalisant sa meilleure performance de l'année avec lors du Meeting d'Eberstadt, en juillet. En guise de répétition pour les Jeux olympiques, il remporte le concours des Championnats ibéro-américains à Séville. Il rejoint ensuite la délégation cubaine défilant lors de la cérémonie d'ouverture des Jeux de Barcelone, douze ans après sa dernière participation olympique. Qualifié pour la finale grâce à un saut à réalisé lors des qualifications, il participe deux jours plus tard au Stade de Montjuic à la finale olympique disputée sous une forte chaleur. Cinq athlètes franchissent (dont Patrik Sjöberg, Artur Partyka, Tim Forsyth et Hollis Conway), hauteur que seul Sotomayor réussit à son premier essai. Il remporte ainsi la médaille d'or après avoir tenté en vain une ultime barre à , obtenant le titre le plus prestigieux de sa carrière et succédant à Alberto Juantorena, dernier athlète cubain médaillé d'or en athlétisme. Il conclut sa saison 1992 par trois victoires successives lors de trois prestigieux meetings du Grand Prix, à Monaco, Zurich et Berlin. Dépossédé de son titre officieux de par le jeune Britannique Steve Smith (), le Cubain connaît l'un des rares échecs de sa saison en s'inclinant lors de Coupe du monde des nations de La Havane face à l'ex-Soviétique Yuriy Sergiyenko.