这次全会目前确认的投票委员是103人,由于奥委会主席和申办国奥委会委员首轮需要避嫌退出,因此首轮投票委员只有97人。按照规则如果首轮投票中没有一个城市获得绝对多数,投票将进入第二轮,第一轮投票得票最少的城市自动退出,国际奥委会也会当场宣布落选城市的名字,但落选城市所属国家的奥委会委员将重新获得投票资格。如果只剩下两个城市角逐,得票多的城市将获胜。
第一轮投票,马德里与伊斯坦布尔打成平手,因此,投票委员需要加投,加投结束后,伊斯坦布尔获得了94票中的49票,罗格宣布马德里不参加第二轮投票,东京与伊斯坦布尔进入第二轮。第二轮投票结束后,经过1个多小时的紧张等待,国际奥委会主席罗格先生亲自宣布:获得2020年夏季奥运会举办权的城市是东京。