Wegen des Zeitplans der olympischen Laufwettbewerbe – die Läufe über 1500 und 5000 Meter waren für den 10. Juli angesetzt – testete er dies am 19. Juni 1924 in Helsinki und brach innerhalb einer Stunde beide Weltrekorde über diese Distanzen (3:52,6 min bzw. 14:28,2 min). Diese Olympischen Spiele 1924 in Paris sollten zum Höhepunkt in Nurmis Karriere werden. Innerhalb von 4 Tagen konnte er 5 Goldmedaillen gewinnen: am 10. Juli gewann er innerhalb von 2 Stunden zunächst über 1500 Meter und anschließend über 5000 Meter. Am 12. Juli fand der als Hitzeschlacht von Colombes in die Sportgeschichte eingegangene Crosslauf über 10,65 km statt, wo er überlegen Einzelsieger wurde und mit Ville Ritola und Heikki Liimatainen die Mannschaftswertung gewann. Am Tag darauf folgte noch der Sieg im 3000-Meter-Mannschaftslauf zusammen mit Ritola und Elias Katz.