女子サッカーが初めてオリンピック競技に採用されたアトランタ大会。開催国のアメリカと、前年の「FIFA女子世界選手権」の上位7チーム（イングランドを除く）が参加し、同大会でベスト8となった日本も出場した。
グループステージ初戦では二度先行されながらも都度追いつく粘りを見せたが、2-3とドイツに惜敗。第2戦でもブラジルに0-2で敗れた。一矢報いたかった第3戦でも、前年の世界王者のノルウェーに0-4と完敗。日本にとって初のオリンピックは、世界の厳しさを知る悔しい大会となった。

シドニー大会でも女子サッカーは正式種目として採用され、前年の「FIFA女子世界選手権」が予選を兼ねた。この大会にアジア3位で出場した日本は、カナダ、ロシア、ノルウェーとグループステージで対戦。初戦のカナダ戦では、先制されながらも大竹奈美のゴールで追いつき、1-1のドロー。第2戦ではロシアに0-5と完敗を喫し、第3戦でも前回王者のノルウェーに力の差を見せつけられ、0-4で敗れた。1分2敗で敗退となった日本は、上位7チームに与えられるオリンピック出場権を手にすることはできなかった。

日本で開催されたアジア予選で朝鮮民主主義人民共和国を下し、2大会ぶりの出場権を手にした日本。上田栄治監督率いるチームは、グループリーグ初戦でスウェーデンと対戦。24分に生まれた荒川恵理子のゴールを守り抜き、1-0でオリンピック初勝利を手にした。続くナイジェリア戦では0-1で敗れ、3チームで争われたグループの3位となったが、各組3位の成績上位2チームに入り、ノックアウトステージに駒を進めた。そして準々決勝では強豪アメリカと対戦。山本絵美のゴールで一度は同点に追いつくも、その後に決勝点を許し、1-2と敗戦。惜しくもベスト4進出はならなかった。

2大会連続の出場を果たした日本は、グループステージの初戦でニュージーランドと対戦。2点を先行されながらも、終盤に宮間あやと澤穂希のゴールで追いつき、引き分けに持ち込んだ。第2戦ではアメリカに0-1で敗れたものの、第3戦では近賀ゆかりのゴールなどで、5-1とノルウェーに快勝。アメリカ、ノルウェーに次いでグループ3位となったが、各組3位の上位1位となり、前回大会に次いでグループステージを突破した。
そして迎えた準々決勝では、澤と永里優季のゴールで開催国の中国を2-0で撃破。しかし準決勝ではまたしてもアメリカに敗れ、ドイツとの3位決定戦に回った。メダルを懸けた一戦は、69分と87分にゴールを奪われ、0-2と敗戦。あと一歩のところでメダルを逃した。

前年のFIFA女子ワールドカップを制し、世界王者として臨んだロンドン大会。佐々木則夫監督率いるチームは、アメリカと並んで優勝候補と目されていた。カナダと対戦したグループリーグ初戦では、川澄奈穂美と宮間あやのゴールで2-1と勝利。続くスウェーデン戦、第3戦の南アフリカ戦はともにスコアレスドローに終わったが、勝点5を確保し、グループ2位でノックアウトステージへ進出した。
準々決勝では大儀見優季と大野忍のゴールでブラジルを2-0で撃破すると、フランスと対戦した準決勝では、大儀見と阪口夢穂にゴールが生まれ、2-1で勝利。この結果、初のメダル獲得が確定した。そして金メダルを懸けた決勝では、最大のライバルであるアメリカと対戦。大儀見が一矢を報いたものの、1-2で敗れ、ワールドカップに続く優勝はならなかった。

4大会連続の出場を目指した日本は、最終予戦からアジア予選に参加。上位2チームに与えられる出場権をかけ、オーストラリア、中国、韓国、朝鮮民主主義人民共和国、ベトナムと戦った。
しかし初戦のオーストラリア戦で1-3と敗れると、続く韓国戦では引き分け、第3戦では中国に1-2と惜敗。後のなくなった日本はベトナム、朝鮮民主主義人民共和国に勝利を収めたものの、2勝1分2敗で勝点7に留まり、オーストラリア（同13）、中国（同11）の後塵を拝して、オリンピックの出場権を逃している。