莫斯科是一座已有800多年历史的古城，城区横跨莫斯科河及其支流亚乌扎河两岸，现有人口800多万，是苏联首都和政治、经济、文化中心。
运动会于1980年7月19日至8月3日举行，运动会于7月19日下午2点在列宁中央体育场正式开幕。苏联党政领导及奥委会主要官员出席了开幕式。国际奥委会主席基拉宁主持了他任期内的最后一届奥运会，本届之后他卸任为名誉主席。西班牙的胡安·安东尼奥·萨马兰奇被选为新主席。
开幕式上的奥林匹克火焰，本届恢复了传统方式，进行了火炬接力传递。6月19日火炬进入中央体育场的是苏联三届奥运会三级跳冠军维克托·萨涅耶夫。他绕场跑一周后，将火炬转交给了苏联著名篮球运动员谢尔盖·别洛夫，后者最后完成了点燃塔上火焰的使命。
本届竞赛项目仍为21个大项，但单项数从上届的198增至203。引人注目的是女子曲棍球首次进入了奥运会大门。苏联首次参加了全部大项的比赛。
埃塞俄比亚的米鲁茨·伊夫特。一举获得5000米、10000米两项金牌。英国两位中跑明星塞巴斯蒂安·科和史蒂夫·奥维特在1500米、800米各获得1枚金牌。
获金牌最多的苏联女队也人才济济，除老将塔·卡赞金娜外，还有娜·奥莉扎连科，在800米比赛中获冠，成绩1分53秒43，创世界纪录；纳·特卡钦科，以5083分创五项全能世界纪录并获金牌。五项全能是奥运会最后一次比赛，从下届起改为七项全能。
民主德国跳高选手格尔德·韦西希，以2.36米创世界纪录并获金牌。波兰26岁的弗·科扎基耶维奇在撑竿跳中取胜，越过了5.78米世界新高度，夺得冠军。民主德国的卢茨·董布罗夫斯基在跳远中夺冠，成绩是8.54米。
男子游泳，由于强手缺席，苏联取得了从未有过的成绩：获金、银牌各7枚，铜牌3枚。上届奥运会民主德国女子游泳选手一举夺得全部13项的11枚金牌，震惊了整个泳坛。
本届举重新增加了一个100公斤级、总数达到10个级别。10枚金牌分属苏、保、捷、匈、古五国。苏联仍居优势，夺取了金牌总数中的一半。
苏联和东欧国家垄断了这次体操比赛，苏联亚历山大·季佳京除获得个人全能、吊环和团体3枚金牌外，还在鞍马、跳马、双杠、单杠中四获银牌。安德里亚诺夫获得了两枚金牌(团体、跳马)、两枚银牌(个人全能、自由体操)。匈牙利选手佐尔坦·马乔尔再次表演了出色的技艺，蝉联了冠军。女子金牌之争，主要是苏罗两国。苏联达维多娃、沙波什尼科娃和涅利·金各获得了两枚金牌。
苏联队在摔跤场上，获得了20枚金牌中的12枚(自由式7，古典式5)。苏联在马术比赛中也成绩颇佳，获得了6枚金牌中的3枚。奥地利23岁的伊莉莎白·托雷伊尔，在盛装舞步骑术赛中荣获冠军。
球类项目，除男女曲棍球外，冠军全被欧洲人包下，而苏联又是这方面的主要优胜者，获取了男、女排球，女子篮球、女子手球4项桂冠。足球、男子篮球、男子手球金牌，则分属捷克斯洛伐克、南斯拉夫和民主德国。男子曲棍球由上届第七名的印度队问鼎，这是该队自1928年以来第八次获奥运会金牌。女子比赛则大出人们意外，独立不久的津巴布韦成了奥运会第一个女子曲棍球冠军，轰动了整个体坛，也是本届奥运会的爆炸性新闻。
本届奥运会苏联共获金牌80枚、银牌69枚、铜牌46枚，居各队之首。这是苏联自1952年以来在奥运会获金牌最多的一次，也是奥运会有史以来一个国家在一届奥运会上获金牌最多的一次。民主德国金、银、铜牌分别为47、37、42枚，列第二。保加利亚获金牌8枚、银牌16枚、铜牌17枚，首次进入奥运会前三名之列。
大会共破33项世界纪录：计田径6项，游泳8项，举重13项，自行车、射击各3项。举重、自行车水平都很高，特别是自行车，全部3个有纪录的项目，有10人次破世界纪录，其中1000米计时赛是1964年以来从未突破的。
8月3日的闭幕式上，由于美国反对，一反惯例没有升起下届奥运会东道主美国的国旗，而代之以洛杉矶市市旗。