悉尼奥运会后，国际乒联进行了“小球改大球、11分制、无遮挡发球”的三大变革。
这次变革也使得中国男乒加速换血，王励勤和马琳日益成熟，顺利进入雅典奥运会单打阵容。
在雅典奥运会前的卡塔尔世乒赛上，王皓的出色发挥也赢得了教练组的肯定，“二王一马”时代正式形成。
然而，这三个奥运会单打项目上的“新兵”，却在重压之下没能守住防线。
马琳率先出局，在4:1战胜普里莫拉茨后，马琳在1\/8决赛迎来了自己的第二个对手老将瓦尔德内尔，面对自己连续赢了七次的对手，马琳以1:4败下阵来，结束了自己的单打之旅。
另外一个半区王励勤和王皓会师半决赛，王励勤连胜凯恩、朱世赫和高礼泽，王皓则击败了罗斯科夫、林聚和庄智渊。
这场半决赛的结果也出乎了很多人预料，此前胜多负少的王励勤以1:4告负，承担“扫雷”任务的王皓则晋级决赛。
另一场半决赛，韩国选手柳承敏击败了廉颇老矣的瓦尔德内尔，杀入决赛。
在决赛中，王皓面对同样是直板的韩国选手柳成敏，拥有更先进的“直板横打”打法的王皓却有些拘谨，被打疯了的柳成敏以4:2击败，痛失金牌。
在铜牌争夺战中，王励勤以4:1击败瓦尔德内尔，收获铜牌。
悉尼奥运会之后，乒乓女队中表现最出色的王楠和张怡宁顺理成章地将两张单打门票收入囊中。
单打第三人的筛选颇费周折，牛剑锋与李菊在参赛名额的竞争中争夺得难解难分。
最终，在2003年年终总决赛上斩获女单冠军的牛剑锋登上了通往雅典的末班车。
中国女乒在本届奥运会上派出的这三大高手参赛，当时张怡宁排名世界第一，王楠排名世界第二，牛剑锋排名世界第三。
赛前许许多多的球迷和观众都觉得，以中国女乒的实力和水平应该可以占据女单四强中的三个名额。
不曾想在女单1\/8决赛中，牛剑锋对阵朝鲜名将金香美，牛剑锋在之前的对阵中从未输给过她。
或许是因为奥运会的压力非比寻常，牛剑锋背上了想赢怕输的包袱，被金香美以4:0横扫出局，止步女单16强，她也成为了第一个被淘汰的国乒女单选手。
更大的意外接踵而至，在女单1\/4决赛中，王楠遭遇苦主~新加坡名将李佳薇。在上届悉尼奥运会中，李佳薇曾对阵王楠拿到四个赛点，最后被王楠翻盘。
而这次王楠再没有2000年悉尼奥运会上的神勇，可以挽救多个赛点逆转李佳薇。贵为女单卫冕冠军的王楠以1:4的比分输给了李佳薇，止步女单八强，无缘晋级下一轮。
赛后王楠在自己的房间哭得泪眼朦胧，她非常难过，不过不管她多么难过，也只能接受这遗憾的结果了。
当牛剑锋和王楠先后爆冷出局之后，女单赛场上只剩下张怡宁一人。
张怡宁先在1\/4决赛中击败了中国香港直板选手柳絮飞，晋级四强。
至此，女单四强中仅剩张怡宁一根独苗，其余三人分别是新加坡的李佳薇、韩国金景娥、朝鲜金香美。
半决赛，李佳薇对阵金香美出现了戏剧性一幕，首局李佳薇打出了11:0，剃了金香美一个光头。这反而激发了金香美的斗志，她最终以4:2逆转击败李佳薇。
在另一场半决赛中，张怡宁对阵韩国选手金景娥，金景娥号称是世界上最优秀的削球手，实力不凡。
最终张怡宁激战五局之后以4:1的比分获胜，成功挺进女单决赛。
决赛对手是朝鲜选手金香美。金香美为正手反胶、反手生胶，杀手锏是反手快弹，又快又沉，角度刁钻。
金香美曾在2002年釜山亚运会女团决赛中以3:0横扫王楠，并率队击败了中国女队夺冠。
本届奥运会金香美又击败了牛剑锋，势头正猛。
然而张怡宁专治各种不服。有记者曾采访过张怡宁说:“每个人都有一些不适应的打法，你有吗？”
张怡宁则说:“没有，我就没有不适应的打法。”
张怡宁对反胶、生胶、长胶、正胶都能适应，对手是进攻型，她就防守反击，对手是防守型，她就选准时机下狠手，总之张怡宁能找到对付各路高手的办法。
结果张怡宁把金香美打得没脾气，一直牢牢地控制住局面，最终以4:0轻松拿下，最后一局金香美崩溃了，只拿到可怜的2分。
夺冠后的张怡宁非常兴奋，她与主教练陆元盛拥抱庆祝，场面非常感人。
赛后张怡宁在接受采访时表示:“其实赛前我挺紧张的，不过当我在开始与她握手之后就不紧张了，因为我摸到了她手上的汗水，她比我还紧张。”
张怡宁单枪匹马闯四强，最终夺得沉甸甸的女单金牌，加上她与王楠搭档的女双金牌，她本届奥运会上豪取两金。
而巧的是，张怡宁夺得的这枚女单金牌是中国代表团在夏季奥运会上获得的第100枚金牌，从1984年洛杉矶奥运会许海峰夺得首金起，中国体育健儿奋斗20年，终于迎来了奥运百金的荣耀。
“冷面杀手”“大魔王”张怡宁露出了灿烂的笑容，向观众飞吻致谢，并表示要把这枚金牌献给自己的教练李隼，感恩他十年的陪伴与培养。
至此，雅典奥运会上，国乒面对国际乒联的三大变革，仍就斩获三金，扞卫了国球的荣誉。