I finalerunden åpnet Thorkildsen med 84,82 meter og tredjeplass etter første runde. Latvieren Vadims Vasiļevskis kastet personlig rekord med 84,95 meter og ledet med den regjerende verdensmesteren Sergej Makarov på andreplass. I andre runde var det Thorkildsen som kastet til personlig rekord (og norsk U-23 rekord) med 86,50 meter. I de påfølgende rundene klarte verken Vasiļevskis eller Makarov å påvirke resultatlisten, og endte med henholdsvis sølv- og bronsemedaljer. Noe overraskende var Andreas Thorkildsen blitt olympisk mester i spyd, 48 år etter Egil Danielsens gull fra Melbourne (1956). Verdenslederen Aleksandr Ivanov ble nummer fem, mens sesongens jevneste kaster, Breaux Greers var småskadet og fikk finalens siste og 12.-plass. Thorkildsen beskrev seieren som «helt sinnssykt». Han ble tildelt Fearnleys olympiske ærespris for prestasjonen.