Do zawodów przystąpiło 43 zawodników, którzy zostali podzieleni na 6 biegów eliminacyjnych. Do półfinałów awansowało 16 pływaków z najlepszymi czasami. Najlepszy wynik z kwalifikacji osiągnął Matthew Grevers, a ostatni czas dający awans należał do Aristidisa Grigoriadisa, który ukończył zmagania z rezultatem 54.52. W następnej rundzie ponownie najszybszy był Matthew Grevers, a ostatnim zawodnikiem przechodzącym do finału był Hayden Stoeckel z rezultatem 53.74.
Finał odbył się dzień po eliminacjach i półfinałach. Zwycięzcą został Matthew Grevers ustanawiając nowy rekord olimpijski z czasem 52.16. Srebrny medal zdobył Nick Thoman kończąc zawody z rezultatem 52.92, a brązowy medal wywalczył Ryōsuke Irie z wynikiem 52.97.