Bailey blev officielt udvalgt til at repræsentere Canada ved Sommer-OL i 1996 efter at have vundet sin tredje nationale titel i træk i 100 meter. Den 27. juli, efter en meget forstyrret start på løbet, vandt Bailey den olympiske 100 m titel og satte en ny verdensrekord på 9,84 sekunder. Under løbet nåede han en tophastighed på 12,10 m/s (43,6 km/t), hvilket var den hurtigste tophastighed, der nogensinde blev registreret af et menneske på det tidspunkt. Mange canadiere følte, at Baileys sejr genoprettede det canadiske idrætsudøvers image, efter Ben Johnsons dopinghistorie var blevet afsløret. På det tidspunkt var Bailey kun den anden person efter Carl Lewis til at holde alle de store titler i 100 m samtidig (verdensmester, olympisk mester og verdensrekordholder). 6 dage senere fuldførte han 100m/4x100m dobbelt endnu en gang, forankring Canada til deres første nogensinde olympiske 4x100m titel
i en national rekord på 37,69 sekunder.