Em 24 de agosto de 2002, em reunião da Organização Esportiva Pan-Americana (Odepa), a cidade do Rio de Janeiro foi anunciada como sede da 15ª edição dos Jogos Pan-Americanos. A partir daí, expectativas e dúvidas surgiram sobre a campanha que os atletas nacionais alcançariam diante da torcida e a capacidade do Brasil para receber bem a competição de grande porte. As questões foram respondidas nas últimas duas semanas, quando começaram os Jogos considerados pelo mexicano Mário Vázquez Raña, presidente da Odepa, "os melhores da história". No quadro de medalhas, o Brasil somou 161 conquistas, seu recorde.
Antes de receber os Jogos Pan-Americanos, o Rio de Janeiro teve que reformar ou construir todos os locais de competição. Destacaram-se os remodelados Maracanã e Maracanãzinho, o novo Estádio João Havelange e o Complexo Esportivo de Autódromo, composto pela Arena Olímpica, onde aconteceram as competições de basquete e ginástica artística, pelo Velódromo da Barra, para provas de pista do ciclismo, e pelo Parque Aquático Maria Lenk, que recebeu a natação, o nado sincronizado e os saltos ornamentais. Negativamente, destoaram os campos de beisebol e softbol, construídos na Cidade do Rock. O vento e a chuva danificaram os locais e diversas partidas foram canceladas, inclusive a que definiria o adversário dos Estados Unidos na final do softbol.
Nas competições, os atletas brasileiros conquistaram 54 medalhas de ouro, 40 de prata e 67 de bronze, totalizando 161. Nos Jogos de Santo Domingo, em 2003, o País havia conquistado apenas 29 de ouro e 123 na soma geral, na melhor campanha até a deste ano. Das 47 modalidades disputadas, 41 tiveram brasileiros no pódio.
O desempenho no Rio de Janeiro deixou o Brasil a apenas cinco títulos de Cuba, segunda colocada no quadro, atrás apenas dos Estados Unidos. Na disputa, os cubanos subiram ao pódio 135 vezes, menos que os atletas nacionais, mas o primeiro critério de classificação é baseado apenas na quantidade de ouros. Assim, o segundo lugar continua sendo uma meta que não é alcançada desde os Jogos de 1963, em São Paulo.
Muitos atletas brasileiros destacaram-se da campanha histórica. A primeira medalha, de prata, foi conquistada por Poliana Okimoto, na maratona aquática. Diogo Silva, do taekwondo, garantiu o primeiro ouro. O último título veio no tênis, com Flávio Saretta.
Porém, a grande figura brasileira nos Jogos do Rio de Janeiro foi Thiago Pereira. O nadador participou de oito provas e voltou com oito medalhas: seis de ouro, uma de prata e uma de bronze. A piscina do Parque Aquático Maria Lenk foi o local onde se pôde ouvir mais vezes o hino nacional, em 12 oportunidades. Além de Thiago, brilharam Rebeca Gusmão e César Cielo, com quatro medalhas cada.
Depois da natação, o atletismo foi a modalidade com mais títulos brasileiros. Foram nove, com destaque para o tricampeonato do revezamento 4x100m, o segundo ouro de Maurren Maggi no salto em distância, o primeiro de Jadel Gregório no salto triplo e as dobradinhas, nos 1.500m e no salto com vara, com triunfos nas provas masculina e feminina.
Homens e mulheres também sagraram-se campeões no handebol e no vôlei de praia, com Juliana/Larissa e Ricardo/Emanuel. No vôlei de quadra, a seleção masculina confirmou o favoritismo e garantiu o único título que faltava à geração comandada por Bernardinho. No torneio feminino, porém, a equipe nacional voltou a decepcionar ao perder uma final, desta vez contra Cuba.
A rivalidade entre Brasil e a nação comandada por Fidel Castro nos Jogos Pan-Americanos do Rio de Janeiro chegou ao seu clímax no judô. Na modalidade, os dois países conquistaram 13 medalhas em 14 categorias disputadas, mas o país caribenho obteve mais ouros: 5 a 4.
O acirrado duelo teve seu lado negativo após a final da categoria até 52kg, na qual a brasileira Erika Miranda perdeu a medalha de ouro para a cubana Sheila Espinosa por uma decisão polêmica da arbitragem. Na ocasião, a torcida insultou os juízes e parte da delegação de Cuba trocou agressões com dirigentes brasileiros.
Na ginástica artística, quem brilhou foi Diego Hypólito, ouro no solo e no salto sobre o cavalo e prata por equipes. Se os fãs da modalidade não puderam ver grande apresentação de Daiane dos Santos, machucada, conferiu o fortalecimento de um novo talento, o de Jade Barbosa, campeã no salto sobre o cavalo, bronze no solo e prata com a equipe nacional. Quando liderava a competição individual geral, a atleta de 16 anos, caiu das barras assimétricas, chorou, acabou no quarto lugar e emocionou os espectadores.
No futebol, enquanto a seleção masculina, formada por jogadores Sub-17, caiu ainda na primeira fase, a feminina, comandada por Marta, a melhor do mundo, deu espetáculo, com o ouro, 100% de aproveitamento, 31 gols marcados e nenhum sofrido em seis partidas. Quem também mostrou desempenho brilhante foi a equipe de futsal, do ala Falcão, campeã com goleadas em todos os confrontos.
O boxe pode ser considerado a modalidade que mais surpreendeu positivamente. Após dois terceiros lugares em Santo Domingo, os pugilistas brasileiros garantiram seis bronzes, uma prata e um ouro, com Pedro Lima, o primeiro título em 44 anos.
No basquete, os Jogos de 2007 foram marcados pelo tricampeonato da equipe masculina e o adeus de Janeth às quadras com a medalha de prata, no feminino.
Despedida também no tênis de mesa, esporte no qual Hugo Hoyama disputou seu último Pan-Americano. O atleta, porém, deixou o Rio de Janeiro com um título, por equipes, uma medalha de bronze, do torneio individual, e um recorde: com nove ouros, superou o ex-nadador Gustavo Borges e é, isoladamente, o maior vencedor brasileiro na história da competição continental.