Ở trận tứ kết diễn ra muộn nhất, Olympic Mexico và Olympic Hàn Quốc đã cống hiến một trận đấu có tới 9 bàn thắng. Chiến thắng cuối cùng đã thuộc về đội chơi xuất sắc hơn là Mexico với tỷ số 6 - 3.
Trước đó, Tây Ban Nha đã có màn ngược dòng kịch tính để đánh bại Bờ Biển Ngà 5 - 2 sau 120 thi đấu (hai đội hòa nhau 2 - 2 ở hiệp chính).
Trận đấu là màn trình diễn của tiền đạo vào thay người Rafa Mir với hat-trick bàn thắng. Đáng chú ý là pha lập công ở phút 90+3 giúp Tây Ban Nha san hòa 2 - 2 ở hiệp chính.
Chủ nhà Nhật Bản đã phải bước vào loạt thi đấu luân lưu 11m cân não mới có thể giành vé vào bán kết trước một New Zealand thi đấu ngoan cường. Với cả 4 lượt sút thành công Nhật Bản đã đánh bại đối thủ với tỷ số 4 - 2.
Ở trận tứ kết còn lại giữa Brazil và Ai Cập, không có gì bất ngờ khi đội giành vé đi tiếp là nhà ĐKVĐ và cũng là ứng viên vô địch số 1 cho tấm HCV lần này Brazil. Bàn thắng duy nhất của trận đấu do công của Matheus Cunha ghi ở phút 37.
Lịch thi đấu vòng bán kết bóng đá nam Olympic Tokyo 2020
15 giờ ngày 3/8: Brazil - Mexico
18 giờ ngày 3/8: Tây Ban Nha - Nhật Bản
