Tuy được đánh giá rất cao nhưng Hoàng Xuân Vinh làm “hú hồn” ban huấn luyện đội nhà khi chỉ xếp hạng 8 ở vòng đấu loại với 582 điểm, giành suất cuối cùng vào đấu chung kết. Trong khi đó, đồng đội Trần Quốc Cường xếp hạng 3 với 584 điểm.

Tại vòng chung kết, Hoàng Xuân Vinh cũng khởi đầu không được tốt. Sau lượt bắn đầu tiên (3 viên), Xuân Vinh chỉ xếp thứ 4 với 30,3 điểm. Tuy nhiên, thành tích của Xuân Vinh nhích dần qua từng lượt bắn. Khi các đối thủ lần lượt bị loại khỏi cuộc chơi, Xuân Vinh và xạ thủ Nga Sergey Chervyakovskiy bước vào loạt bắn “tay đôi” cuối cùng (2 viên) quyết định ngôi vô địch khi khoảng cách chỉ là 0,2 điểm (Xuân Vinh được 181,9 điểm,  Chervyakovskiy được 181,7 điểm).

Bằng tinh thần thép, Xuân Vinh đã thực hiện hai phát súng chính xác để được tổng cộng 20,9 điểm trong khi Chervyakovskiy chỉ được 20,6. Kết quả này giúp Xuân Vinh giành HCV với tổng điểm 202,8, hơn người từng có 14 huy chương tại các Cúp thế giới Chervyakovskiy chỉ 0,6 điểm.

Thành tích của Xuân Vinh cũng đã xô ngã kỷ lục thế giới do nhà vô địch Olympic 2008 người Trung Quốc Pang Wei đang nắm giữa là 202,3 điểm. Hoàng Xuân Vinh cũng là xạ thủ thứ hai trong lịch sử bắn súng VN phá kỷ lục thế giới sau cựu xạ thủ Trần Oanh (từng phá kỷ lục thế giới năm 1953).