کاروان ورزشی ایران به نام ستارگان ایران زمین با ۶۶ ورزشکار در ۱۷ رشته ورزشی راهی المپیک ۲۰۲۰ توکیو شد. ایران در رشته‌های ورزشی کشتی آزاد و فرنگی، وزنه برداری، تکواندو، بوکس، تیراندازی، تیروکمان، قایقرانی، تنیس روی میز، دوچرخه سواری، دوومیدانی، شمشیربازی، والیبال، بسکتبال، جودو، شنا، بدمینتون و کاراته شرکت کرد. 
تیراندازی، کشتی آزاد و فرنگی، وزنه برداری و کاراته رشته‌هایی بودند که موفق شدند هفت مدال ( ۳ طلا، ۲ نقره و ۲ برنز) را برای ایران به دست آورند تا کاروان ایران تاکنون در جدول مدالی در رده  ۲۷ قرار بگیرد. ایران در المپیک ریو با ۳ طلا، یک نقره و ۴ برنز در رده ۲۵ و در المپیک ۲۰۱۲ لندن با ۷ مدال طلا، ۵ نقره و یک برنز در رده هفدهم قرار گرفته بود.
ایران در المپیک توکیو ۳ طلای ریو را تکرار گرفت اما یک نقره بیشتر از المپیک قبل گرفت ضمن اینکه در المپیک ۲۰۱۶ کاروان ایران نسبت به امسال ۲ برنز بیشتر داشته است.
در توکیو، سجاد گنج زاده در کاراته، جواد فروغی در تپانچه بادی و محمدرضا گرایی در کشتی فرنگی سه طلایی کاروان ایران بودند. علی داودی در وزنه برداری و حسن یزدانی در کشتی آزاد نیز صاحب مدال نقره شدند. امیر حسین زارع در کشتی آزاد و محمدعلی ساروی در کشتی فرنگی نیز ۲ برنزی ایران بودند.
در این دوره اتفاقات قابل توجهی برای کاروان ایران رخ داد که مهمترین آن کسب مدال طلای جواد فروغی در تپانچه بود که او توانست در این دوره تاریخ ساز و شگفتی ساز شود و برای نخستین بار در تاریخ تیراندازی مدال کسب کند. او همچنین اولین مدال طلای کاروان را کسب کرد. 
حسن یزدانی در این دوره در لحظات پایانی مسابقه فینال در حالی که تا آستانه قهرمان شدن رفت اما در ۱۷ ثانیه پایانی به تیلور باخت و رنگ مدال طلا را با نقره عوض کرد و بسیار ناراحت شد.
هرچند که کشتی آزاد و فرنگی با ۴ مدال بیشترین سهم را در سبد مدالی ایران داشتند اما کشتی آزاد ضعیف تر از فرنگی عمل کرد.
در این دوره تیم‌ تیراندازی با تک مدال فروغی درخشید اما تیم‌های تکواندو، شمشیربازی، دوومیدانی و والیبال جزو ناکام های این دوره بودند. 
احسان حدادی نایب قهرمان المپیک لندن در پرتاب دیسک حتی نتوانست از مرحله مقدماتی صعود کند و از دور مسابقات حذف شد و حسن تفتیان نیز با وجودی که در ریو به نیمه نهایی رسیده بود در توکیو با رکوردی بهتر در مرحله مقدماتی متوقف شد.
تیم شمشیربازی ایران که یکی از شانس‌های کسب مدال در این دوره به حساب می‌آمد نتوانست به هدفش نزدیک شود و از کسب مدال دور ماند. 
تکواندو که در دوره قبل در بخش زنان صاحب مدال برنز و در بخش مردان بدون مدال به کار خود پایان داده بود در این دوره هم بدون مدال توکیو را ترک کرد. 
تیم ملی والیبال نیز در دومین حضورش در المپیک با سه شکست و دو پیروزی در دور مقدماتی حذف شد و حتی نتوانست همانند المپیک ریو به مرحله یک چهارم نهایی راه یابد. عملکرد ایران در ادوار مختلف بازی‌های المپیک:
المپیک ۲۰۲۰ توکیو: ۳ طلا - ۲ نقره - ۲ برنز
المپیک ۲۰۱۶ ریو: ۳ طلا – یک نقره – ۴ برنز
المپیک ۲۰۱۲ لندن: ۷ طلا – ۵ نقره – یک برنز 
(با احتساب ۳ طلای قاسمی، محمدپور و نصیر شلال و نقره رستمی بعد از دوپینگ رقیبان)
۲۰۰۸ پکن: یک طلا - یک برنز
۲۰۰۴ آتن: ۲ طلا – ۲ نقره – ۲ برنز
۲۰۰۰ سیدنی: ۳ طلا - یک برنز
۱۹۹۶ آتلانتا: یک طلا – یک نقره – یک برنز
۱۹۹۲ بارسلونا: یک نقره - دو برنز
۱۹۸۸ سئول: یک نقره
۱۹۷۶ مونترال: یک نقره - یک برنز
۱۹۷۲ مونیخ: ۲ نقره - یک برنز
۱۹۶۸ مکزیکو: ۲ طلا- یک نقره - ۲ برنز
۱۹۶۴ توکیو: ۲ برنز
۱۹۶۰ رم: یک نقره - ۳ برنز
۱۹۵۶ ملبورن: ۲ طلا- ۲ نقره - یک برنز
۱۹۵۲ هلسینکی: ۳ نقره - ۴ برنز
۱۹۴۸ لندن: یک برنز