孙杨是400米自由泳世锦赛三连冠和伦敦奥运金牌得主，本届世锦赛力争四连冠，保持着今年3分42秒75的世界最好成绩。预赛时，孙杨游出3分44秒10的成绩，排名第一轻松进入决赛，队友季新杰3分46秒34列在第八也拿到决赛资格。立陶宛选手拉普塞斯、澳大利亚的麦克劳林以及意大利名将德蒂，分列预赛二至四位。决赛，孙杨当仁不让被分在中间的第四道，出场时他的表情镇定坚毅，头戴耳机听着音乐，伴随着热烈的欢呼声进场。拉普塞斯被分在第五道，麦克劳林第三道德蒂进入第六道，季新杰则处在第八道，上届亚军、里约奥运冠军霍顿则在第二道。出发后，孙杨按照自己的节奏游进，并没有迅速发力，前50米选手们几乎齐头并进，转身时处在第五，拉普塞斯游在最前面。第二个50米，孙杨紧跟拉普塞斯，100米时升至第三，落后领先的麦克劳林0.43秒。游到150米时，孙杨继续紧逼麦克劳林，落后0.46秒转身。游至200米半程时，孙杨加速反超，到边时反超0.16秒，麦克劳林与拉普塞斯紧随其后。250米时，孙杨优势稍稍扩大到0.23秒，到300米时已经领先半个身位，优势0.71秒。最后100米，孙杨开始加速，拉普塞斯也发起冲击，到350米时孙杨领先0.54秒，霍顿也杀了出来。最后一个50米，孙杨全力冲刺，顶住霍顿和拉普塞斯的冲击，率先到底终点。最终孙杨以3分42秒44的成绩，完成该项目四连冠。霍顿以3分43秒17获得亚军，拉普塞斯以3分43秒23获得季军，季新杰游出3分45秒64获得第七。