8月28日，在奥运会女排冠军争夺战中，中国女排连扳三局，反败为胜，经过和俄罗斯女排两个小时零七分钟的苦战，最终赢得金牌。这是中国代表团在雅典奥运会上赢得的第31枚金牌。也是中国代表团获得的惟一一枚集体项目金牌。时隔20年后，中国女排再次站到奥运会最高的领奖台上。
　　第一局的比赛双方就争夺得十分激烈。比分从1平打到5平。第一次技术暂停时，中国队以8:5领先。第二次技术暂停时，中国队仅领先对手1分。此后，两队比分交替上升，21平、24平、一直到28平。俄罗斯队凭借加莫娃的两次扣球，以30:28赢得首局。
　　第二局比赛，激烈程度不减。第二次技术暂停时，中国女排16:14领先。此后，俄罗斯队曾以21:19领先，中国队又顽强地将比分扳成22平。最后，俄罗斯队凭借加莫娃的扣球和中国队的失误以27:25赢得第二局。
　　两局落后的中国女排没有气馁。在第三局的最后阶段，终于依靠出色的拦网遏制了对手的网上进攻。25:20，中国队扳回一局。第三局比赛的胜利使得中国队的士气得到了极大的振奋。
　　第四局，中国队在两次技术暂停时均领先对手。而俄罗斯队也并不示弱，加莫娃的两次反击得手，使俄罗斯队以22:21将比分反超。此后，加莫娃又是一个跳发球直接得分。23:21，这时候，中国队已经无路可退。关键时刻，周苏红和张萍连得两分，将比分扳成23平。中国队在比赛的最后时刻成功拦住了索格洛娃的扣球，杨昊再得一分，中国队25:23再扳一局，将总比分扳成2:2。
　　决胜局的比赛，连输两局的俄罗斯队队员的士气似乎受到了影响。中国队很快以8:6领先交换场地。杨昊连续两次强攻得手，使中国女排以11:8取得优势。此后，加莫娃的扣球和中国队的失误，使两队将比分差距缩小到1分。关键时刻，张萍的快攻，使中国队队以13:11领先，三人拦网得手再得1分，中国女排14:11领先，拿到赛点。经过几个回合的激烈争夺，张越红在四号位强攻一锤定音，中国女排以15:12拿下决胜局。中国女排以3:2艰难战胜对手，勇夺金牌。张萍得到全队最高的25分，杨昊得到21分。俄罗斯队的加莫娃得到了全场最高分，33分。
　　这是中国女排继1984年洛杉矶奥运会后，第二次赢得奥运会冠军。尽管中国女排在雅典之前位居美国和巴西之后排名世界第三，但她们在去年夺得世界杯和世界女排大奖赛两项桂冠，因此很多人看好她们夺冠。中国女排上一次夺得奥运会冠军是在1984年洛杉矶奥运会上，从那以来，中国女排从来都是奥运会上的一支劲旅，她们在汉城奥运会赢得铜牌，在亚特兰大奥运会获得亚军，在悉尼奥运会上位列第五。
　　赛后有半数以上中国观众的排球馆沸腾了，女排姑娘手举着五星红旗绕场欢呼，和观众席上无数面五星红旗相映成辉。女排姑娘们拥抱在一起，让胜利的泪水尽情地往下流。何振梁也是泪眼朦胧，他说：“只要所有的中国人都有女排这样的精神，不服输，不放弃，我们的国家会更加强大的。这次奥运会，中国队员的顽强拼搏精神感动了全世界，很多外国友人都向我表示祝贺，这是我们民族的自豪。”