Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Da Klim for nylig vendte tilbage fra en toårig skadeafskedigelse, og Callus var syg, kunne Thorpe kun forankre Australien til sjette i 4 × 100 m freestyle-stafet. 200 m startede med van den Hoogenband, der igen angreb med det samme, og nåede 100 m-mærket mere end et sekund under verdensrekordfordelingen, med Thorpe en halv kropslængde bagud. Thorpe reducerede gradvist føringen, før han passerede van den Hoogenband i de sidste 50 m for at vinde "The Race of the Century" med en halv kropslængde, i en ny olympisk rekord på 1 min 44,71 s. Efter at have opnået det, der havde undsluppet ham fire år tidligere, reagerede Thorpe følelsesmæssigt og rev straks sin hat af, slog i luften og skreg. Den næste dag endte seks års australsk sejr i 4 × 200 m freestyle-stafetten, da Hackett, Klim og Sprenger havde sat Thorpe i den sidste etape 1,48 s bag Keller. Thorpe reducerede gradvist margenen, men kunne ikke passere Keller i sidste omgang, da USA rørte 0,13 s tidligere. Thorpe befandt sig på den anden side af et tæt resultat, da han kvalificerede sidste til 100 m freestyle
med 0,01 s. Han kapitaliserede i finalen ved at komme fra sjette på 50 m-mærket for at vinde bronzemedalje i en personlig bedste på 48,56 s, hvilket gjorde ham til den eneste person til at medalje i 100 <unk> 200 <unk> 400-kombinationen i olympisk historie. Efter Olympiske Lege i Athen tog Thorpe en pause fra konkurrencedygtig svømning og sprang 2005 World Aquatics Championships.