Viết tiếp cho đoạn này - Với Klim gần đây đã trở lại sau hai năm bị chấn thương, và Callus bị bệnh, Thorpe chỉ có thể neo Úc lên vị trí thứ sáu trong cuộc đua tiếp sức tự do 4 × 100 m. 200 m bắt đầu với van den Hoogenband một lần nữa tấn công ngay lập tức, đạt mốc 100 m hơn một giây dưới mức kỷ lục thế giới, với Thorpe nửa chiều dài cơ thể phía sau. Thorpe dần dần giảm dẫn trước khi vượt qua van den Hoogenband trong 50 m cuối cùng để giành chiến thắng "Cuộc đua của thế kỷ" bằng một nửa chiều dài cơ thể, trong một kỷ lục Olympic mới là 1 phút 44,71 giây. Sau khi đạt được điều mà bốn năm trước đã không thể đạt được, Thorpe đã phản ứng một cách xúc động, ngay lập tức xé mũ, đấm vào không khí và la hét. Ngày hôm sau đã chứng kiến sáu năm chiến thắng của Úc trong đợt tiếp sức tự do 4 × 200 m kết thúc khi Hackett, Klim và Sprenger đã đưa Thorpe vào giai đoạn cuối cùng 1,48 giây sau Keller. Thorpe dần dần giảm khoảng cách nhưng không thể vượt qua Keller trong vòng cuối cùng, Hoa Kỳ chạm 0,13 giây trước đó. Thorpe thấy mình ở phía bên kia của một kết quả chặt chẽ khi ông đủ điều kiện cuối cùng cho 100 m tự do
0,01 giây. Anh đã tận dụng được ở trận chung kết bằng cách từ vị trí thứ sáu ở mốc 50 m để giành huy chương đồng với thời gian tốt nhất cá nhân là 48,56 giây, khiến anh trở thành người duy nhất đoạt huy chương trong sự kết hợp 100 <unk> 200 <unk> 400 trong lịch sử Olympic. Sau Thế vận hội Athens, Thorpe đã nghỉ ngơi từ bơi cạnh tranh, bỏ qua Giải vô địch thế giới thể thao dưới nước 2005.