Igrzyska Olimpijskie w Soczi rozpoczął zawodami drużynowymi, podczas których – wraz z zespołem pozostałych japońskich łyżwiarzy zajął 5. miejsce. Hanyū wziął udział jedynie w programie krótkim solistów, wygrywając ten segment. Zwycięstwo w tej konkurencji dało drużynie Japonii 10 punktów w łącznej klasyfikacji.
Indywidualna rywalizacja solistów rozpoczęła się 13 lutego od programu krótkiego. Hanyū po raz kolejny w swojej karierze pobił rekord świata, zdobywając 101,45 pkt. Jednocześnie stał się on pierwszym łyżwiarzem figurowym w historii, który przekroczył barierę 100 punktów za program krótki. Następnego dnia, pomimo dwóch upadków, Hanyū zdobył najwyższą notę za program dowolny. Tym samym został on pierwszym mistrzem olimpijskim w łyżwiarstwie figurowym w kategorii solistów, który pochodził z kraju azjatyckiego, jak również najmłodszym mistrzem olimpijskim od czasów Richarda Buttona, który swój tytuł zdobył w 1948 roku mając jedynie 18 lat. Hanyū był również jedynym Japończykiem, który z Igrzysk Olimpijskich w Soczi przywiózł złoty medal.