Il fait son retour sur les sautoirs le à l'occasion du meeting de Montauban, remportant le concours avec , puis s'impose lors du meeting Herculis de Monaco avec . À Sydney, il participe à ses troisièmes Jeux olympiques consécutifs, le Cubain ayant manqué ceux de 1984 et 1988 pour cause de boycott. Qualifié pour la finale grâce à un bond à , Javier Sotomayor établit le son meilleur saut de l'année avec , se classant deuxième du concours derrière le Russe Sergey Klyugin () et devant l'Algérien Abderrahmane Hammad (). En début d'année 2001, Sotomayor ne prend que la cinquième place des Championnats du monde en salle avec , soit six centimètres de moins que son record de la saison établi quinze jours auparavant à Athènes. De retour à Cuba, il remporte le 27 mai à La Havane son douzième et dernier titre national en plein air. En août, il participe à Edmonton à ses sixièmes Championnats du monde, échouant au pied du podium avec , soit la même hauteur que les Russes Vyacheslav Voronin et Yaroslav Rybakov, médaillés d'argent ex-æquo. Il conclut la saison 2001 en remportant le meeting de Yokohama avec , quelques jours après avoir franchi la barre de à Somosko. Le , quelques jours avant son trente-cinquième anniversaire, Javier Sotomayor annonce mettre un terme définitif à sa carrière d'athlète. Le , les instances internationales confirment une information d'une radio espagnole révélant un contrôle positif à la nandrolone de l'athlète cubain, effectué à l'occasion du meeting de Tenerife du . Le , l'IAAF confirme le dopage de l'athlète cubain et décide de le suspendre à vie de toute compétition sportive.