Dressel simmade därefter i försöksheatet på 50 meter frisim, där han var två hundradelar från det olympiska rekordet. Han tog sig till final på 50 meter fritt och satte där ett nytt olympiskt rekord med tiden 21,07 sekunder. Dressel var även en del av USA:s lag tillsammans med Ryan Murphy, Michael Andrew och Zach Apple som tog guld och satte nytt världsrekord på 4×100 meter medley. Totalt tog Dressel fem guld vid OS 2020, vilket endast fyra simmare tidigare hade gjort vid ett olympiskt spel.