Decantada como a grande e principal prova feminina da competição, não decepcionou. No final, e bem no final mesmo, deu Ariarne Titmus como campeã olímpica dos 400m livre feminino. Prova disputada desde o início e decidida nos metros finais com Titmus vencendo com 3min56s69 contra 3min57s36.
Mais jovem, 20 anos de idade, sua primeira Olimpíada, Titmus teve controle e paciência para saber a hora e o momento certo de atacar. Mesmo nadando quase toda a prova atrás, Titmus soube atacar e vencer a prova tomando a frente a partir da última virada.

Veja o comparativo a cada 50 metros e a diferença de quem estava na frente:
50 metros: Titmus 27s88, Ledecky 28s01, Titmus 14 centésimos a frente
100 metros: Ledecky 57s61, Titmus 57s74, Ledecky 13 centésimos a frente
150 – Ledecky 1min27s33, Titmus 1min37s83, Ledecky 5 décimos a frente
200 – Ledecky 1min57s44, Titmus 1min58s10, Ledecky 66 centésimos a frente
250 – Ledecky 2min27s46, Titmus 2min28s12, Ledecky 66 centésimos a frente
300 – Ledecky 2min58s11, Titmus 2min58s27, Ledecky 16 centésimos a frente
350 – Titmus 3min28s02, Ledecky 3min28s24, Titmus 22 centésimos a frente
400 – Titmus 3min56s69, Ledecky 3min57s36, Titmus 77 centésimos a frente

Esta foi a terceira vez na história dos 400m livre na Olimpíada e a última havia sido Shane Gould. Os 400m livre feminino é disputado na Olimpíada desde 1920 e tivemos apenas uma nadadora bicampeã, foi Martha Norelius dos Estados Unidos vencedora nos Jogos de 1924 e 1928.
Katie Ledecky e Ariarne Titmus tem se enfrentado desde 2017. O primeiro confronto foi no Campeonato Mundial de 2017, sendo um total de quatro provas, agora com duas vitórias para cada uma.
2017 – Campeonato Mundial de Budapeste
Katie Ledecky com 3min58s34 campeã da prova, 4º lugar Ariarne Titmus com 4min04s26
2018 – Campeonato Pan-Pacífico de Tóquio
Katie Ledecky com 3min58s50 campeã a prova, 2º lugar Ariarne Titmus com 3min59s66

2019 – Campeonato Mundial de Gwangju
Ariarne Titmus com 3min58s76, 2o lugar Katie Ledecky com 3min59s97
2020 – Jogos Olímpicos Tóquio
Ariarne Titmus com 3min56s69, 2o lugar Katie Ledecky com 3min57s36
Os 400m livre de Ariarne Titmus é a segunda melhor performance da história e novo recorde da Oceania. A marca anterior era dela mesmo com 3min56s90. Ela agora detém a segunda e a terceira melhor marca da história.
Katie Ledecky ainda mantém o recorde mundial com 3min56s46, marca feita nos Jogos Olímpicos do Rio-2016. Os 3min57s36 é a quarta melhor marca da história, a sua segunda melhor marca atrás apenas do seu recorde.