Il primo oro italiano delle Olimpiadi di Atene (e prima medaglia in assoluto per il ciclismo professionistico azzurro) porta la firma di Paolo Bettini, autore di una prova magistrale sul circuito della capitale greca.

La corsa inizia subito col botto: al km 2 Astarloa si tocca col connazionale Gutierrez Palacios e finisce per terra, coinvolgendo anche Boogerd: quest'ultimo e Astarloa si ritirano subito, Gutierrez si fermerà al 13esimo giro. Al km 23, nel secondo giro, su un tratto in simil-pavè, parte Backstedt (vincitore della Roubaix), che arriva ad avere 3'35" sul gruppo prima di essere raggiunto da Virenque e Bodrogi. Il terzetto esaurirà il suo tentativo al km 133 (e Backstedt si ritirerà in quel momento).

Nel nono giro, sulla salita del Licabetto, la Germania prova un forcing con Klöden, Voigt e Ullrich, il gruppo si allunga e molti comprimari perdono le ruote dei migliori, i quali però restano tutti lì. Nel giro successivo c'è un nuovo allungo di Klöden sul Licabetto (km 123), e in contropiede provano uno scatto Valverde e Gonzalez de Galdeano, senza che il gruppo lasci spazio.

Alla fine del decimo giro Klöden si ritira, e partono Totschnig e Laverde, presto ripresi da un'altra decina di uomini, tra i quali Moreni. Il quale allunga in salita nel 12esimo giro dietro a Unai Etxebarria, per guadagnare circa 40" sul gruppo, tirato nel frattempo da Bettini che prova la gamba. Su Moreni e Etxebarria si portano Elmiger, Cox, Power e McEwen, e il vantaggio lievita fino a 1'05", malgrado l'italiano non collabori al massimo all'azione.

I 6 vengono ripresi all'inizio del 15esimo e quart'ultimo giro, quando la corsa entra nel vivo. Ci prova Hamilton, con lo stesso Moreni, Nardello e altri 3 uomini, poi è la volta di Kroon con Kolobnev e Paolini: in ogni fuga c'è un italiano, la tattica funziona. Bettini tira ancora sul Licabetto, Vinokourov e Valverde sembrano i rivali messi meglio a 30 km dalla fine. Freire cade e poi si ritira, davanti prova ad allungare Hincapie, rilevato poi da un'azione di Merckx, Hoj, Arvesen e il solito Paolini, con Popovych a inseguire da solo.

Ma il gruppo è sempre lì, e su un allungo di Vinokourov i 5 vengono ripresi in avvio di 16esimo giro. E' il momento decisivo: in avvio di Licabetto, a circa 20 km dalla fine, Bettini scatta e il gruppo si spacca. Vinokourov, Van Petegem, Ullrich e Valverde sembrano resistere, ma alla prova dei fatti l'unico a tenere le ruote del livornese è il sorprendente portoghese Paulinho.

In cima alla salita i due hanno circa 10" sugli immediati inseguitori, ma tra il successivo falsopiano e la discesa il margine aumenta, grazie anche alla presenza di Paolini e Nardello in testa al gruppo, a rompere i cambi di chi insegue. All'ultimo passaggio al traguardo il vantaggio di Bettini e Paulinho è di 25". Sull'ultima ascesa al Licabetto il toscano prova a staccare il portoghese: Paulinho perde qualche metro, ma scala il rapporto e riesce a rientrare sull'azzurro. Sarà volata.

Il distacco degli inseguitori arriva a 45", quando Merckx fuoriesce da solo all'inseguimento. Nell'ultimo km i due di testa rallentano e si guardano negli occhi, ma il margine sul belga è di sicurezza. Paulinho prova a sorprendere Bettini scattando ai 300 metri, guadagna pochi metri, ma la reazione di Paolino è veemente e si concretizza nel sorpasso netto sul compagno di fuga e nell'esultanza a braccia alzate sotto lo striscione del traguardo