Milák az elődöntőből és a középdöntőből is a legjobb idővel jutott tovább, ketten úsztak hozzá közeli időt, a francia Maxime Grousset és a kanadai Josh Liendo, akik 3 és 4 századmásodperccel maradtak el Miláktól. Hiányzott viszont a mezőnyből a világcsúcstartó és címvédő Caeleb Dressel, ahogy a 200 pillangó döntőjében Milákot legyőző, összesen már négy olimpiai aranyat gyűjtő Léon Marchand is, aki 100-on nem indult.
A legjobb időnek köszönhetően Milák a 4-es pályát kapta, rezzenéstelen arccal vonult ki a rajtkő mellé. Milák rajtja és az első 50 métere sem volt kiemelkedő, féltávnál nem volt az első háromban, de aztán beindította a hajráját, és 75 méternél átvette a vezetést, majd remek benyúlással, 50 másodperc alatti idővel, 49,90-nel olimpiai bajnok lett. Milák ezzel a 100 pillangó első magyar olimpiai bajnoka.
Milák mögött két kanadai ért oda a dobogós helyekre, Josh Liendo 49,99-et, Ilya Kharun 50,45-öt úszott.
