A Nemzetközi Olimpiai Bizottság (NOB) hét és fél éve Buenos Airesben, a 125. ülésén hozta meg a döntését. A három pályázó közül a szavazás első körében is Tokió végzett az élen, ám az abszolút többséget nem szerezte meg. Isztambul és Madrid azonos eredménnyel zárt, közöttük újraszavazással döntöttek a NOB tagjai. Végül a török város maradt versenyben a második körre, melyben ismét Tokióra voksoltak többen. A döntő körben a japán főváros 60, míg Isztambul 36 szavazatot kapott. Ezzel eldőlt, hogy 1964 után Tokió másodjára rendezhet nyári játékokat.

A választás előtti prezentációjában a japán pályázó hangsúlyozta, hogy a 2011-es fukusimai atomerőmű-baleset ellenére a fővárosban biztonságosan meg lehet rendezni a játékokat. A NOB tagjainak aggodalmait Abe Sindzó akkori japán miniszterelnök személyesen próbálta eloszlatni Buenos Airesben, sikerrel.

Egy nappal később eldőlt, hogy a birkózás - miután a fallabdával és a baseball/softballal szemben győzött a szavazáson - marad az olimpia programjában. A döntés a 2020-as és a 2024-es játékokra is vonatkozott. A 2020-as olimpia műsorának kialakítása még a NOB végrehajtó bizottságának 2013. februári ülésével kezdődött, melyen a testület tagjai az eddigi 26-ból 25 sportágat megtartásra, míg egyet - a birkózást - akkor kivételre javasoltak.

Három évvel később, 2016. augusztus 3-án a NOB arról határozott Rio de Janeiróban, hogy a gördeszkázás, a hullámlovaglás, a sportmászás, a karate és a baseball/softball kerül pluszként a 2020-as játékok programjába. A végrehajtó bizottság előzőleg, június 1-jén egyhangúlag foglalt állást az öt sportág mellett. A NOB Agenda 2020 elnevezésű programja lehetőséget ad a mindenkori rendezőnek arra, hogy bizonyos feltételrendszer mellett maga döntsön sportágak egyszeri programba iktatásáról.
A tokiói nyári játékok megnyitója eredetileg 2020. július 24-re volt kitűzve, a versenyek pedig a két nappal korábbi rajttól augusztus 9-ig tartottak volna. A 2019 végén elindult és 2020 tavaszára világméretűvé vált koronavírus-járvány miatt fokozódtak az aggodalmak, a NOB azonban igyekezett minél távolabbra tolni a végső döntés idejét, majd végül mégis a vártnál hamarabb született határozat a halasztásról. Miután számos sportág legtöbb eseményét törölték, leálltak a nemzeti és nemzetközi bajnokságok, versenysorozatok, márciusban már egyre több helyről azt lehetett hallani, hogy az olimpiának új időpontot kellene keresni. Erre vonatkozó döntést sürgetett több nemzeti olimpiai bizottság, illetve nemzetközi sportági szövetség is.

A NOB eredetileg azt kommunikálta, hogy nem érdemes kapkodni, és május környékére ígért állásfoglalást, március 22-én viszont már azt közölte, hogy négy héten belül döntést hoz a tokiói játékok sorsáról, egyúttal jelezte, hogy a koronavírus-járvány terjedése miatt számításba veszi a seregszemle esetleges elhalasztását is. Ekkorra már Kanada jelezte, hogy ha az eredeti időpontban tartanák meg a játékokat, akkor bojkottálja az eseményt, majd Ausztrália, Új-Zéland és az Egyesült Államok is a halasztást sürgette.
Két nappal később, március 24-én robbant a hír: Abe Sindzó és Thomas Bach egyetért abban, hogy el kell halasztani a tokiói olimpiát. A japán kormányfő telefonon egyeztetett a NOB első számú vezetőjével, és utána arról tájékoztatta a sajtót, hogy azonos állásponton voltak a nagyjából egyéves halasztás szükségességét illetően. A két vezető a koronavírus-járvány miatt kialakult kiszámíthatatlan helyzetre hivatkozva, valamint az Egészségügyi Világszervezettől (WHO) kapott legfrissebb tájékoztatásra alapozva foglalt állást a játékok elhalasztása mellett. Még ugyanazon a napon a NOB bejelentette: a tokiói olimpiát a következő évre halasztják, és legkésőbb 2021 nyarán kell megrendezni.

Március 30-án pedig meg is születetett az új időpont: 2021-ben július 23-án kezdődik hivatalosan a tokiói olimpia, és augusztus 8-ig tart. Az is eldőlt, hogy az ugyancsak elhalasztott paralimpiára - amely eredetileg 2020. augusztus 25. és szeptember 6. között zajlott volna - 2021. augusztus 24-től szeptember 5-ig kerül sor.

Legalábbis a jelen állás szerint, mert a pandémia tovább tart, és szedi az áldozatait, illetve nagyon sokan fertőződnek meg és kerülnek kórházba, ráadásul Japánban éppen most ismét felívelő szakasza van a járványnak. A lakosság beoltása sok országban zajlik, de még mindig sokan vannak azok, akik megkérdőjelezik, hogy biztonságosan meg lehet-e szervezni, tartani a játékokat. Arról már márciusban döntés született, hogy külföldi szurkolók nem lehetnek ott a tokiói olimpia és paralimpia versenyein, így a külföldi jegytulajdonosoknak visszatérítik a belépők árát.

Az egyik legfrissebb felmérés szerint pedig a japánok 72 százaléka a koronavírus-járvány újabb hullámától való félelme miatt azt szeretné, ha törölnék az olimpiát, vagy ismét módosítanák az időpontját. A megkérdezettek 39,2 százaléka a törlés, míg 32,8 százaléka az újabb halasztás mellett foglalt állást. Csupán 24 százalékuk gondolja úgy, hogy idén nyáron kellene megrendezni az olimpiát és a paralimpiát a japán fővárosban. A válaszadók 92,6 százaléka elismerte, hogy aggódik a vírus újbóli megjelenése miatt, körülbelül 60 százalékuk pedig azt mondta, nem elégedett az oltóanyagok bevezetésének ütemével.

A nyári - és a 2022-es pekingi téli - olimpiára készülő magyar sportolók koronavírus elleni oltását már január végén megkezdték.
Jelen állás szerint 123 magyar sportoló utazhat a tokiói játékokra, de a kvalifikációs időszak még sok sportágban tart, illetve a rangsorok nem zárultak le, azaz további magyar kvótaszerzésekre lehet számítani.