经过四年的艰苦磨砺，中国体育的竞争力有了进一步增强，加上女子举重、女子跆拳道等中国优势项目进入奥运大家庭，中国奥运军团的冲金点达到了空前的高度。
悉尼奥运会于2000年9月15日拉开战幕，次日各代表团投入到激烈的金牌争夺战之中。或许应验了“好事多磨”这句老话，首日比赛中国代表团的金牌榜没有任何变化，自中国重返奥运会后以来，这一结果还是第一次出现。这一天比赛，中国代表团有两个项目具备夺金实力，惜或多或少抱憾而归：赛前夺标呼声极高的女子气步枪选手赵颖慧大失水准，竟没有进入前八名决赛；“老枪”王义夫在气手枪项目中发挥正常，但银牌的成色毕竟与金牌无法比拟。
第一天未有金牌到手，中国代表团团部当晚召开了紧急会议，要求各队注意给队员卸包袱。这一及时的点拨在次日有了成效，上海籍射击选手陶璐娜在女子气手枪独占鳌头。值得一提的是，陶璐娜赛前的计划仅是进入前三名，这一收获犹如“喜从天降”，令中国代表团上上下下欣喜不已。这一天还有一件喜事，女子自行车选手姜翠华在500米计时赛跻身三强，这也是中国自行车选手首次在奥运盛会中夺得奖牌。
陶璐娜这枚金牌的意义非同寻常，它极大地鼓舞了奥运国手的士气。在随后两天的比赛中，中国队在所有具有竞争金牌实力的项目中均取得了胜利，短短两日喜得五枚金牌。18日率先报喜的是男子射击选手蔡亚林，他在男子气步枪决赛中笑到最后；杨霞在女子53公斤比赛中展示了中国女大力士出众的实力，以绝对的实力夺金；有“体操梦之队”的中国男子体操队在第五次冲击中终获成功，喜夺沉甸甸的团体金牌。19日中国军团再摘两金：陈晓敏在女子63公斤级比赛中“一览众山小”；女子69公斤级选手林伟宁也站在了最高一层领奖台上。
这六枚金牌，这只是中国军团“夺金风暴”的序幕。
21日，中国代表团获得了两枚意想不到的金牌：赛前并不被外界看好的羽毛球混双组合张军/高凌先后击败了韩国、丹麦和印尼等顶尖高手，一举问鼎；名不见经传的女子柔道选手唐琳也在78公斤级项目上为代表团贡献一枚令人惊喜的金牌。
2000年9月22日这一天，将在很长时间内给国人留有深刻的印象。在当日产生的12枚金牌中，有6枚记上了中国人的名下，中国代表团也因此创造了参加奥运会以来一日夺金的最高记录，不少国内外媒体把这一天称为“中国奥林匹克日”。这天上午，上届男子移动靶冠军杨凌以高超的技艺和稳定的发挥蝉联桂冠，由此吹响了中国军团“9.22”夺金序幕；丁美嫒在女子举重75公斤以上级比赛中技压群芳；男大力士占旭刚在抓举处于落后的情况下，毫不气馁，奋力直追，他在挺举比赛中超水平发挥，最终蝉联男子举重77公斤级冠军；在柔道女子78公斤以上级比赛中，袁华为中国人守住了固有的领地；“湘妹子”龚智超在女子羽毛球单打决赛中，力克中国女单“眼中钉”丹麦名将马尔廷；王楠/李菊在女子乒乓球双打项目中笑到最后。这一天，中国军团还夺得了三银两铜，令人有些惋惜的是，中国男子击剑队在握有数个赛点的情况，最终以一剑之差负于法国队，屈居亚军。令国人感到骄傲的是，中国剑手董兆致在对手突然受伤的情况下，在余下的两分多钟内放弃进攻，显示出极好的风度，受到了国际剑联主席的高度赞赏。
“9.22”大捷并没有让健儿们沾沾自喜。在随后几天的征战中，各路选手四路出击，收获累累，五星红旗在各大比赛场馆内徐徐升起。
9月23日至25日，中国代表团金牌榜再添七金：羽毛球女双“梦幻组合”葛菲/顾俊轻松卫冕；羽毛球男单新秀吉新鹏一飞冲天，他在决赛挫败印尼名将叶诚万。加上中国羽球国手在前两天夺得的两枚金牌，中国羽毛球队此次共夺四金，成为奥运会羽毛球赛最大的赢家。王励勤/阎森在乒乓球男双决赛中击败队友孔令辉/刘国梁；乒乓球名将王楠在女单决赛3：2险胜队友李菊，完成了集奥运会、世锦赛和世界杯单打冠军于一身的“大满贯”伟业；刘璇勇夺女子平衡木冠军，这位本在上届奥运会后就退役的体操美女用一枚来之不易的金牌，证明了自己更是一名强者；李小鹏在男子双杠项目中，以无与伦比的难度与动作规格征服了每一名裁判和对手；孔令辉在乒乓球男单决赛中，打出了一场荡气回肠的战役，以3：2力克“老瓦”。
26日，沉寂多日的中国跳水队终于在跳水池旁听到了雄壮激昂的《义勇军进行曲》。重新复出的熊倪力克强大的对手萨乌丁，勇夺男子跳板冠军。熊倪的这枚金牌得来极为不易，在前四个动作中，熊倪一直位居第三。强者之争勇者胜，在比赛趋于白热化之时，熊倪以稳定的发挥越战越勇，最终勇夺冠军，而四年来保持不败的萨乌丁仅取得铜牌。
田径场上也奏响了《义勇军进行曲》，28日，赛前并不被人们看好的中国竞走选手王丽萍夺得女子20公里竞走金牌。在奥运会新设立的跆拳道项目中，中国选手陈中夺得女子67公斤以上级金牌。
熊倪的胜利，对前三项金牌俱失的中国跳水队来说，无异于一场“及时雨”。在后四项比赛，中国跳水队重现“梦之队”的雄威，包揽全部金牌。继蝉联男子跳板金牌后，熊倪又和队友肖海亮联手夺得男子双人跳板跳水冠军；桑雪/李娜也一扫单人跳比赛时的颓势，夺得女子双人跳台跳水冠军；“跳水女皇”伏明霞重显神奇，摘取女子跳板跳水冠军，伏明霞在近三届奥运会中一人夺得四枚金牌，堪称世界跳水史和中国奥运史上一位传奇式人物。田亮和队友胡佳在男子跳台跳水中分获金银牌，为中国悉尼奥运会代表团画上了一个精彩的句号。
回顾16天的历程，中国代表团收获累累，整体表现可圈可点。但美中不足的是，一些传统项目的表现差强人意，如：游泳项目无一人取得奖牌，与巴塞罗那奥运会时的四金五银差距明显，也无法与上届的一金两银比肩；有“铿锵玫瑰”美称的中国女足竟然在小组赛惨遭淘汰，客观而言，中国女足的落败与分组不利有一定关系，但也不能忽视队伍出现青黄不接的迹象；中国女排也未能保持住前四年的上升轨迹，止步于四强之外。
悉尼奥运会战幕于10月1日缓缓垂落，中国代表团以28金16银15铜列金牌榜、奖牌榜第三位，首次跻身于三强之列。令国人感到自豪的是，从悉尼奥运会开幕后第7天一直到第14个比赛日，中国代表团的金牌总数始终位居第二位，才到闭幕前最后两天才被强大的俄罗斯代表团超出。有人赛后认为，中国代表团已经跻身于“第一集团”之中，理由是28枚的金牌总数将排在金牌榜第四、五位的澳大利亚(16枚)和德国(14枚)远远抛在后面。更多的人认为，中国代表团尚不具备与美俄两强对抗的实力，理由主要有二点：一是中国代表团的奖牌总数(59枚)远远落后于美国(97枚)和俄罗斯(88枚)，却与澳大利亚(58枚)、德国(57枚)相当接近，而奖牌总数更能反映一个国家体育的综合实力。二是只有在基础类项目中占一席之地才有资格成为一流体育强国。从中代表团获得的28枚金牌项目分布上可以发现，中国选手的优势是技巧类项目，而美俄包括以前的东德这三大世界传统体育强国，优势主要在基础类项目，而基础类项目都是金牌多、影响大的项目，像田径、游泳、皮划艇和赛艇四项就有119枚金牌，此四大项目这届奥运会中国代表团仅得一金。
附：中国代表团奖牌榜
金牌(28枚)
陶璐娜 女子气手枪
蔡亚林 男子气步枪
杨 霞 女子举重53公斤级
中国男子体操队 男子团体
陈晓敏 女子举重63公斤级
林伟宁 女子举重69公斤级
张 军/高 崚(女) 羽毛球混合双打
唐 琳 女子柔道78公斤级
杨 凌 男子移动靶
丁美媛 女子举重75公斤以上级
占旭刚 男子举重77公斤级
袁 华 女子柔道78公斤以上级
王 楠/李 菊 女子乒乓球双打
龚智超 女子羽毛球单打
葛 菲/顾 俊 女子羽毛球双打
吉新鹏 男子羽毛球单打
王励勤/阎 森 男子乒乓球双打
王 楠 女子乒乓球单打
刘 璇 女子平衡木
李小鹏 男子双杠
孔令辉 男子乒乓球单打
熊 倪 男子跳板跳水
熊 倪/肖海亮 男子双人跳板跳水
李 娜/桑 雪 女子双人跳台跳水
伏明霞 女子跳板跳水
王丽萍 女子20公里竞走
陈 中 女子跆拳道67公斤以上级
田 亮 男子跳台跳水
银牌(16枚)
王义夫 男子气手枪
吴文雄 男子举重56公斤级
李淑芳 女子柔道63公斤级
杨 威 男子体操个人全能
陶璐娜 女子运动手枪
杨 影/孙 晋 女子乒乓球双打
中国男子花剑队 男子团体
黄楠雁/杨 维 女子羽毛球双打
刘国梁/孔令辉 男子乒乓球双打
郭晶晶/伏明霞 女子双人跳板跳水
田 亮/胡 佳 男子双人跳台跳水
李 娜 女子跳台跳水
凌 洁 女子高低杠
李 菊 女子乒乓球单打
郭晶晶 女子跳板跳水
胡 佳 男子跳台跳水
铜牌(15枚)
高 静 女子气步枪
张湘祥 男子举重56公斤级
姜翠华 女子自行车500米计时赛
刘玉香 女子柔道52公斤级
高 娥 女子多向飞碟
中国女子重剑队 女子团体
中国女子体操队 女子团体
牛志远 男子移动靶
叶钊颖 女子羽毛球单打
高 崚/秦艺源 女子羽毛球双打
夏煊泽 男子羽毛球单打
杨 云 女子高低杠
刘国梁 男子乒乓球单打
刘 璇 女子体操个人全能
盛泽田 男子摔跤自由式58公斤级