2004年雅典奥运会中国代表团取得了参加历届奥运会以来最好的开局，大会开幕后的第一天，便一举夺下四枚金牌，为整个代表团取得了开门红。杜丽更是在射击女子10米气步枪项目中摘得本届奥运会决出的第一块金牌。这也是中国运动员自1984年洛杉矶奥运会以后，再次获得当届奥运会首枚金牌。

随后，从 1984年起参加了历届夏季奥运会的老将王义夫又在射击男子10米气手枪比赛中再夺冠军。跳水项目是中国在历届奥运会上获取金牌总数最多的项目，本届中国获金牌最多的也仍然是这个项目，取得了6金2银1铜的好成绩，再次捍卫了跳水 “梦之队”的荣誉。

举重是中国在历届奥运会上获金牌总数仅次于跳水的又一大优势项目，中国此次获5金3银共8枚奖牌，金牌数追平了历史最高的上届，奖牌总数则超过了上届。人才济济的中国女队本届派出了与上届完全不同的阵容，但实力依然强大，在所报名的四个项目中斩获3金1银。

中国另两个传统优势项目乒乓球和羽毛球本届虽然遭受了其他代表团选手的有力冲击，但仍然各获3枚金牌，继续保持着领先地位。在羽毛球男子单打和双打项目中，世界各强队依然竞争激烈，结果刚刚在三个月前夺得男子团体赛世界最高荣誉――汤姆斯杯冠军的中国男选手受挫，在这两个以往优势也并不大的项目中全军覆没。

田径历来是每届夏季奥运会上最重要、最受关注和金牌最多的项目，中国运动员在本届奥运会的田径项目上也取得了空前的好成绩。男子110米跨栏选手刘翔在决赛中以完美的一跑，不仅平了已保持了11年之久的世界纪录，打破了奥运会纪录，还开创了多项第一。他不但为中国夺取了第一个田径男子项目的奥运会冠军，还成为第一位获奥运会田径男子短跑项目冠军的亚洲人，和第一位获得奥运短跑项目冠军的黄种人。

就在刘翔夺冠后仅仅不到一个小时，长跑女选手邢慧娜也在女子10000米比赛中后来居上，奋勇夺取了冠军，使中国首次在一届奥运会上收获两枚田径金牌。