第一局刚开始，陈梦先声夺人，直落两分，孙颖莎马上还以颜色，连取3分反超。此后战况陷入胶着，双方比分紧咬，往往孙颖莎刚取得两分优势，就立马被陈梦追平。
比分来到9-7后，陈梦变线失误，孙颖莎拿到第一局局点。此后，陈梦奋起直追，连追两个局点，比分来到10-9。关键一球，双方多拍反手相持，孙颖莎回球擦网，陈梦抓住机会正手扣杀出界，孙颖莎以11-9拿下第一局。
比赛第二局开局阶段，陈梦3-1领先后，孙颖莎发力反击，暴力扣球，连追4分，将比分反超。陈梦针锋相对，也回打孙颖莎一个5-0，将比分扳为8-5。
此后，陈梦延续势头，一鼓作气，以11-6拿下第二局，局分来到1-1。
比赛第三局，陈梦延续第二局状态，稳扎稳打，尽管孙颖莎展开攻势，正手攻击力十足，但陈梦扛住孙颖莎攻势，接发球攻击性十足，快劈孙颖莎两条底线。最终，陈梦以10-4拿下第三局，局分2-1。
连丢两局后，孙颖莎离场去换球衣，调整状态。
第四局开局，孙颖莎改变策略，连发两个勾手短球，让陈梦吃瘪，比分5-1领先。此后，孙颖莎越战越勇，尽管陈梦试图迫近比分，但她扛住压力，率先以10-4拿到局点。最后一球，陈梦挑打失误，孙颖莎以11-5赢下第四局，将局分扳为2-2平。
第五局开局阶段，双方僵持不下，打成平手。此后陈梦发起攻势，连追三分，陈梦与孙颖莎展开对攻，攻守转换，多拍反手相持，孙颖莎转正手扣球出界，陈梦将比分改写为6-4。
此后，陈梦继续发挥，将分差拉开，以10-4拿到局点。第五局最后一球，孙颖莎正手拉球出界，陈梦拿下第五局，局分3-2领先。
第六局开局，孙颖莎展开强攻，大力扣杀，但陈梦沉稳反击，率先拿下一分。此后孙颖莎连续多球强攻，但未能见效，主动叫暂停调整状态。
之后，孙颖莎依旧主动强攻，双方甚至展开中远台对拉，多拍相持后孙颖莎一记大力扣杀取分。孙颖莎趁势追分，将比分反超为6-5。
此后，战况陷入胶着，双方你追我赶，比分来到8比8平。此后，陈梦秋接发球劈长，孙颖莎正手强攻出界，陈梦10-8拿到赛点.
孙颖莎稳住心态，追了一个赛点。比赛最后一球，陈梦没有再给孙颖莎机会，孙颖莎接球出界，陈梦11-9拿下第六局，大比分4-2击败孙颖莎，夺得东京奥运会女子乒乓球单打金牌，孙颖莎也摘下东京奥运会女子乒乓球单打银牌。
比赛结束后，陈梦和孙颖莎马上在赛场内举起了中国国旗。
此外，日本选手伊藤美诚上午0-4不敌孙颖莎后，在稍早前的铜牌战中，4-1击败新加坡选手于梦雨，获得东京奥运会乒乓球女单季军。
陈梦夺冠后，延续了前辈的辉煌战绩，成为了中国第7位奥运会女子乒乓球单打金牌得主。
自1988年汉城奥运会乒乓球进入奥运项目以来，这是中国女子乒乓球连续第9届奥运会夺得金牌；也是自2008年来，连续第四届包揽女乒单打项目的冠亚军。