Grey-Thompson edusti Britanniaa vuoden 1988 paralympialaisissa, jossa hän voitti ensimmäisen paralympiamitalinsa, kun hän sijoittui 400 metrillä pronssille. Vaikka hän joutui olemaan ennen seuraavia paralympialaisia vuoden kilpailematta selkärankaleikkauksen takia, hän oli Barcelonassa 1992 voittamaton. Grey-Thompson voitti 100, 200, 400 ja 800 metrin paralympiakultamitalin. Samana vuonna hän voitti myös ensimmäisen Lontoon pyörätuolimaratoninsa. Hän uusi sen voittonsa 1994, 1996, 1998, 2001 ja 2002.