随后在东京新国立竞技场内进行了简单却精致的文艺表演，出于防控疫情和控制成本的需要，东京奥组委表示本届奥运会开幕式演出形式将大幅简化，比起实景装饰，将更多地利用光影技术来呈现精彩内容。本届东京奥运会的文艺演出以“Moving Forward（前进）”和“United by Emotion（情同与共）”为理念。文艺表演中加入了日本传统节庆祭祀活动的舞蹈、布景等展示内容展现了日本国家和民族的文化。从日本开始到欧洲、美洲、非洲、大洋洲世界各地唱响约翰-列侬的经典曲目《想象》让开幕式的文艺表演达到高潮。效仿《超级变变变》的50个图标演绎环节，则让开幕式变得活泼有趣气氛轻松。
根据奥运防疫规则，各代表团入场队列要保持2米间距，因此相比历届奥运会，本届奥运会的运动员进场时间长了约30分钟。本届奥运会是第一次各代表团由一男一女两名运动员担任旗手。现代奥林匹克运动会发源地希腊代表团第一个入场，难民代表团在希腊之后第二个进场。其他各代表团的入场顺序按照日本“五十音”顺序排定，中国第110个国家（地区）入场。最后是之后两届夏季奥运会主办国美国和法国，以及东道主日本三个国家入场。
中国代表团由中国女排队长朱婷和跆拳道奥运冠军赵帅两人担任旗手。本届奥运会中国代表团的总人数为777人，其中运动员431人，包括女运动员298人、男运动员133人，来自全国28个省区市，是中国体育代表团境外参赛规模最大的一届奥运会。
国际奥委会在本届奥运会开幕前把奥林匹克宣言“更快、更高、更强”的基础上增加了“更团结”。全场运动员进场后，场地中投出大幅“更快、更高、更强、更团结”的字样。国际奥委会运动员委员会主席考文垂通过视频表达了对东京奥运会的祝福和期望，希望运动员们能在奥运会上更好的传播奥林匹克理念和精神。在本届东京奥运会上，为了强调团结、包容、非歧视和平等的重要性，奥运誓言进行了大幅修改，包括2名运动员、2名教练员和2名裁判员在内的6人作为代表进行宣誓，承诺在奥运会比赛中尊重和遵守比赛规则，团结一致遵守奥林匹克基本原则，希望通过体育让世界变得更加美好。
东京奥运会组委会主席桥本圣子致辞欢迎出席东京奥运会的各国贵宾和观看直播的全世界观众。桥本圣子表示大家手牵手连接希望，终于迎来了东京奥运会的开幕。她对于在新冠疫情中投入工作的各国医疗人员和全世界相关表达感谢，并感谢日本人民、感谢国际奥委会、感谢日本政府和东京都政府，感谢他们的共同努力让奥运会成功举办。
国际奥委会主席巴赫发言中说：“体育是团结的信号，也是坚韧的信号，让我们团结在这里，感谢东道主组委会和日本政府，我代表各国运动员向主办国表示感谢。我们也感谢为疫情作出贡献的无名英雄、医生和护士，还有成千上万的志愿者。我们要更加团结，不仅在社会内部更在社会之间，团结意味着尊重更意味着相互帮助和相互关心。我们团结一致让奥运会正常举行，让来自所有国家的运动员们，无论大小贫富都能参加奥运会。团结推动了体育世界，团结让我们这个奥林匹克大家庭今晚相聚在一起。”
日本天皇德仁天皇正式宣布2020东京奥运会开幕。法国总统马克龙、美国总统拜登的夫人等有15名各国政要现场出席。代表五大洲和难民的六名运动员手持奥林匹克五环旗入场，奥林匹克会旗在东京新国立竞技场升起，现场奏响了奥林匹克会歌。
最后的圣火点燃仪式，体育场内先是柔道运动员野村忠宏和摔跤运动员吉田沙保里作为第一棒火炬手一同手握火炬入场，随后他们把火炬接力到三名传奇棒球选手王贞治、长岛茂雄和松井秀喜手中。第三棒火炬手是一名医生和一名护士，他们接到火炬后交到了坐在轮椅上的残疾人运动员浦田和鸽子手中，火炬被放在特制的轮椅车上一起带到场地中央，被转交到了六名来自日本各地的小朋友手里。小朋友们带着火炬最后交给了日本著名网球女将大坂直美。23岁的大坂直美作为最后的火炬手，点燃了本届奥运会的圣火。大坂直美手持火炬登上场边特意搭起的象征着太阳照射下的富士山的高台。在火炬台打开后，大坂直美点燃了奥运圣火。作为四次大满贯得主的大坂直美是日本最知名的运动员之一，也被认为是日本队在奥运会上最有机会获得金牌的运动员之一。大坂直美退出法网并错过温布尔登后，将在奥运会赛场上正式复出。
大坂直美点燃熊熊圣火后，现场燃起焰火照亮体育场上空，开幕式正式结束。2020东京奥运会将从7月23日开始到8月8日，共为期17天，来自世界各国的运动员将在包括滑板、冲浪、攀岩等5个新项目内共33个大项进行激烈争夺，决出339块金牌。开幕式之前足球、垒球、赛艇等项目已经开始。