Après un faux départ, seul cas de ce type sur un Marathon olympique, les quarante-cinq concurrents représentant vingt-trois nations s'élancent sous une chaleur accablante (36°c à l'ombre) à l'assaut des 42,195 km du parcours. Un groupe de treize hommes se dégage après quinze kilomètres, puis seulement cinq à la marque de vingt kilomètres. L'Américain John Kelley donne une tape dans le dos de Mimoun pour l'inviter à le suivre. Mimoun et Kelley s'appréciaient, et les deux hommes s'échappèrent. Après quelques minutes d'efforts intensifs de Kelley, Mimoun prend le relais, et lâche Kelley. Il se trouve alors seul en tête alors que la marque de mi-parcours n'est pas encore franchie. Un instant, Mimoun pense à se laisser rejoindre par ses poursuivants, puis opte finalement pour faire la course à son rythme en profitant du tracé du parcours pour jauger l'allure de ses adversaires qu'il croisait après avoir passé le piquet marquant la moitié du parcours. Il constate que Kelley est à la peine et quand il croise les deux Soviétiques, il prend le temps de leur faire un petit signe pour les chambrer... Exténués, ils n'ont pas la force de répondre. Il croise ensuite Zatopek, qui n'a pas sa foulée habituelle. Il comprend alors que Zatopek ne gagnera pas ce Marathon.
Le dernier quart du parcours est difficile pour Mimoun qui s'insulte afin de s'obliger à poursuivre. Sa foulée devient de plus en plus courte. Il demanda à 12 kilomètres de l'arrivée où étaient situés ses poursuivants, mais personne ne lui communiqua l'information. Tout lui pesait, même le simple mouchoir protégeant sa tête du soleil. Il jeta ce mouchoir, et fut revigoré quand il s'aperçut qu'une jeune fille se précipitait pour ramasser cette relique. La foule australienne lui criait « Very good! Very good! » mais ne lui donnait aucune indication sur l'écart avec ses poursuivants. Quand il aperçoit le mât du stade olympique, à plus de trois kilomètres de la ligne d'arrivée, il accélère la cadence. Il entre dans le stade olympique à 17h37 salué par une foule de 100 000 spectateurs et devient champion olympique du marathon.
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