作为本届奥运会女单头号种子选手，孙颖莎和陈梦分别自动排在上半区和下半区。在此前的半决赛中，陈梦4-0击败韩国选手申玉彬晋级决赛，随后孙颖莎4-0击败日本选手早田希娜与陈梦会师。本场比赛之前，两人在国际比赛中已交手16次，孙颖莎获胜11次，占据上风。值得一提的是，东京奥运会决赛是两人的对决，当时陈梦击败孙颖莎夺得冠军。

首局陈梦发球失误，孙颖萨拉斜线和反手斜线连续得分，取得4-0开局。陈梦调整发球得分。相持后，孙颖莎出现失误，以2-4开始追分。但孙颖莎积极动员，积极换线得分，继续扩大领先优势，以10-4领先。孙颖莎反手扭砍，以11-4拿下第一局。

第二局陈梦开始寻找正手到反手的变化，以1-0开局。孙颖莎很快扳平比分，双方比分交替上升，打成3-3平。此后陈梦开始追求台内控制，多次拉起挥杆得分，很快将比分拉开，以10-6领先。陈梦正手大角度得分，以11-7获胜，将比分扳成1-1。

第三局，陈梦发球得分，并凭借正手压力继续得分，3-0领先。孙颖莎主动进攻，短路控制，将比分扳平至3-3。孙颖莎前压，陈梦变线限制，正手继续压制，8-3拉开比分。虽然孙颖莎也能利用正手进攻得分，但陈梦流畅地正反手转换连续得分，很快以11-4拿下比赛，大比分2-1领先。

第四局，孙颖莎连续两杀，随后利用发球机会得分，2-0领先。陈梦利用换线扳平比分。此后双方比分十分胶着，均未能拉开比分。此后，孙颖莎斜击角球，连续正手进攻得分。她以10-5拉开比分，拿到局点。但陈梦正手出人意料，接发球并开始追分。 9-10连追4分，孙颖莎叫暂停。暂停后孙颖莎短摆，陈梦逆转下台。孙颖莎以11-9获胜，将比分追成2-2平。

第五局，陈梦反手发力，孙颖莎反手扭伤。双方战成3-3平。此后双方相持中陈梦多次获胜，以6-5领先。孙颖莎正手连续得分以7-6领先。此后比分胶着，从7-7变成9-9。最终陈梦正反手连续得分，以11-9拿下比赛，大比分3-2领先。