此次申办2020年奥运会的三个候选城市分别是伊斯坦布尔、马德里和东京。在第一轮投票表决中，共有94名国际奥委会委员参加投票；东京获得42票，伊斯坦布尔和马德里均获得26票，伊斯坦布尔和马德里进入“加时赛”。在附加投票中，伊斯坦布尔获得49票，马德里获得45票，伊斯坦布尔以4票优势涉险过关，马德里首轮出局。

　　第二轮投票表决共有97名国际奥委会委员参加投票。东京获得60票，伊斯坦布尔获得36票，另有1票弃权。国际奥委会主席雅克·罗格随即宣布，东京获得第32届夏季奥运会主办权。

　　随着罗格的宣布，东京申奥代表团成员纷纷起身，相拥而庆。在随后举行的新闻发布会上，专程从圣彼得堡G20峰会赶来做申奥陈述的日本首相安倍晋三表示，奥运会承载的是梦想和希望，东京有能力也有责任承办一届安全而有保障的奥运会，不断扩大奥林匹克运动的影响力，让更多的年轻人享受体育带来的乐趣。

　　此前，日本福岛核污水泄漏事件受到广泛关注，东京申奥前景一度蒙上了阴影。在投票前举行的新闻发布会和当日上午的陈述中，日本代表团多次表示核污水问题已受到控制，不会对人的健康带来危险，但这并未完全消除人们心中的疑虑。

　　伊斯坦布尔此前曾四度申办奥运会，均以失败告终。在当日陈述后举行的新闻发布会上，伊斯坦布尔申奥主席哈桑·阿拉特表示，伊斯坦布尔不会放弃，如果此次再度冲击奥运失败，将会考虑未来继续申办，直至把奥运会带回土耳其。几个小时后，投票结果揭晓，伊斯坦布尔第五次与奥运会擦肩而过。