Na igrzyskach olimpijskich startował jeszcze w 1956 roku w Melbourne, lecz wyłącznie w maratonie. Krótko przed igrzyskami Zátopek przeszedł operację przepukliny, przez co nie był faworytem do zwycięstwa. Bieg rozgrywano w upalnej pogodzie, tuż przed startem powiedział do swych rówieśników „Panowie, dzisiaj trochę umrzemy”. Zgodnie z przewidywaniami, Czech nie obronił tytułu mistrzowskiego, swoje pierwsze i jedyne mistrzostwo olimpijskie zdobył jego wieloletni rywal i zarazem przyjaciel – Alain Mimoun. Reprezentant Czechosłowacji przybiegł na szóstym miejscu, ponad cztery i pół minuty za Francuzem. Na ostatnich metrach, Zátopka oklaskiwał wspomniany Mimoun. W książce All That Glitters is Not Gold, William Oscar Johnson relacjonuje inne zdarzenie z udziałem Francuza i Czecha (opowiedziane przez Francuza). Pochodzący z Algierii Mimoun, po ukończeniu biegu, oczekiwał na przybycie swojego przyjaciela z Czechosłowacji. Chwilę po jego finiszu, podszedł do Zátopka i powiedział mu „Emil, to ja jestem tym, który wygrał”. Na wieść o tym Czech odwrócił się i zasalutował na cześć francuskiego biegacza.