Nemmeno una foratura a tre chilometri dall'arrivo può negare la doppietta olimpica a Remco Evenepoel. Il giovane talento belga ha bissato la vittoria a cronometro aggiudicandosi la prova in linea di ciclismo su strada. Il talento della Soudal-Quick Step è diventato il primo atleta a raggiungere l'impresa lasciandosi alle spalle i francesi Valentin Madouas e Christophe Laporte.
Pronti via ed è scattata una fuga da lontano composta da Eric Manizabayo (Rwanda), Charles Kagimu (Uganda), Thanakhan Chayasombat (Thailandia), Achraf Ed Dogmy (Marocco) e Christopher Rougier-Lagane (Mauritius), in grado di guadagnare un vantaggio massimo di quindici minuti dopo un primo tentativo da parte del gruppo di tenerli sotto controllo.
Questa situazione ha causato un contrattacco da parte di Elia Viviani (Italia), Gleb Syritsa (Atleti Neutrali), Georgios Bouglas (Grecia) e Ryan Mullen (Irlanda) che pian piano hanno recuperato terreno sino al ricongiungimento avvenuto a 120 chilometri dal traguardo. Entrando negli ultimi cento chilometri davanti sono rimasti soltanto Viviani e Mullen, mentre dietro hanno iniziato a muoversi Ben Healy (Irlanda) e Alexey Lutsenko (Kazakistan) che si sono messi all'inseguimento dei fuggitivi. Un rientro che si è concretizzato a 80 chilometri dall'arrivo con Healy e Lutsenko che hanno raggiunto e superato Viviani e Mullen, recuperati dal gruppo.
All'inseguimento dei due si sono portati Michael Woods (Canada), Marco Haller (Austria), Valentin Madouas (Francia), Fred Wright (Inghilterra), Stefan Kung (Svizzera) e Nils Pollitt (Germania), tuttavia l'azione decisiva è arrivata sul primo passaggio della Côte de la butte Montmartre dove hanno allungato prepotentemente Mathieu Van der Poel (Olanda) e Wout Van Aert (Belgio).
Mentre Lutsenko si staccava al comando, dietro i due fuoriclasse provavano a riportarsi sugli inseguitori portandosi dietro Matteo Jorgenson (Stati Uniti), Julien Alaphilippe (Francia) e Toms Skujiņš (Lettonia) costringendo la Danimarca a sfruttare i propri uomini per provare a chiudere e lanciare Mads Pedersen. Lo scandinavo non se l'è fatto ripetere due volte chiudendo il buco e costringendo i favoriti a rifare tutto da capo complice anche l'ennesimo allungo di Remco Evenepoel (Belgio), capace di chiudere sui primi inseguitori di Healy.
Con il passare dei chilometri il belga è rientrato sull'irlandese e ha poi staccato tutti gli avversari uno a uno, ultimo dei quali il francese Madouas che si è dovuto arrendere sulla penultima salita, tuttavia l'atleta della Soudal-Quick Step ha dovuto far i conti con la sfortuna a tre chilometri dall'arrivo quando un problema meccanico lo ha appiedato.
Nonostante ciò Evenepoel è ripartito anticipando Madous e Laporte che ha vinto la volata per il bronzo regalando due medaglie ai padroni di casa della Francia.