Kort hierna werd Barnes' carrière overschaduwd door het gebruik van doping. Op 7 augustus 1990 werd hij betrapt op het gebruik van anabole steroïden en voor 27 maanden geschorst, waardoor hij de Olympische Spelen van 1992 miste. In 1993 kwam hij terug en won vrijwel direct het Amerikaanse kampioenschap kogelstoten. Twee jaar later, op de wereldkampioenschappen in Göteborg, werd hij echter verslagen door zijn landgenoot John Godina, die met 21,47 verreweg de beste van het deelnemersveld bleek en het goud voor zich opeiste. Barnes kwam hier niet verder dan 20,41 en moest zelfs de Fin Mika Halvari met 20,93 ook nog voor laten gaan.In 1996 kon Barnes eindelijk revanche nemen voor zijn nederlaag in Seoel en werd hij olympisch kampioen op de Spelen in Atlanta (1996). De wedstrijd vertoonde veel gelijkenis met die van 1988, want ook hier ging in eerste instantie een ander aan kop. De Italiaan Paolo Dal Soglio had in de vierde ronde verrassend uitgehaald met een stoot van 20,74. Een ronde later kwam wereldkampioen John Godina vijf centimeter verder en pas bij zijn laatste poging wist Randy Barnes een echte uitschieter te produceren. Na een snelle en felle stoot landde de kogel na 21,62 meter. Dal Soglio werd intussen door de Oekraïner Olesander Bagatsj met één centimeter verschil (20,75) van het podium gestoten, maar niemand kwam meer in de buurt van Barnes, die glorieus zegevierde.