Η 24χρονη Αυστραλή οδήγησε από την αρχή ως το τέλος την κούρσα στα 400μ. ελεύθερο και έφτασε στη νίκη με 3:57.49, υπερασπιζόμενη τον τίτλο που είχε κατακτήσει πριν τρία χρόνια στο Τόκιο. Είναι η πρώτη αθλήτρια που καταφέρνει να πάρει δύο χρυσά στο αγώνισμα, μετά από σχεδόν έναν αιώνα και την Αμερικανίδα Μάρθα Νορέλιους (1924, 1928).

Η 18χρονη Καναδή Σάμερ ΜακΙντος με 3:58.37 ήταν η μόνη που προσπάθησε να απειλήσει την Τίτμους και τελικά κατέκτησε το ασημένιο μετάλλιο, ενώ η Αμερικανίδα Ολυμπιονίκης του Ρίο, Κέιτι Λεντέκι, έμεινε αρκετά πιο πίσω τρίτη με 4:00.86. Μάλιστα, η μεγάλη σταρ των ΗΠΑ κινδύνευσε να μείνει και εκτός βάθρου από τη Νεοζηλανδή Ερικα Φεργουέδερ, η οποία την πίεσε ως το τέλος αλλά τελικά αρκέστηκε στην τέταρτη θέση.