I Giochi Olimpici sono tornati a casa: non lo fecero nell'edizione del 1996, quella del Centenario – la cui sede, con scelta per molti aspetti controversa, fu invece Atlanta – bensì in occasione della XXVIII Olimpiade moderna. L'edizione di Atene si disputò dal 13 al 29 agosto 2004: alcune gare furono ospitate in altri siti, anche fuori dell'Attica, come Salonicco, Volos, Iraklio, Patrasso e – suggestione infinita – ad Olimpia, dove si disputarono le prove di lancio del peso su una pedana allestita all'ombra del Tempio di Zeus. L'evento vide la partecipazione di una delegazione italiana composta da 403 atleti (257 uomini e 146 donne): le Fiamme Azzurre contribuirono con 8 atleti e con la presenza, per la prima volta, di una congrua rappresentanza femminile:

Giovanni Pellielo proseguì la sua personale scalata del podio olimpico: e, alla quarta partecipazione (la terza con la Polizia penitenziaria), conquistò la medaglia d'argento in una finale del “trap”, come al solito, piena d'intensità. Vinse, rasentando la perfezione (149/150), il campione russo Aleksey Alipov, mentre il nostro “Johnny” – entrato tra i primi sei con il punteggio di 122/125 – si esibì nella serie decisiva con un fantastico 24/25 (totale 146/150).

In questa edizione, il medagliere finale dell'Italia fu di 10 ori, 11 argenti e 11 bronzi (32 “metalli” complessivi): tra gli atleti che sfiorarono il podio vi furono proprio due rappresentanti delle Fiamme Azzurre. Claudia Corsini lottò fin quasi sul traguardo per il bronzo del pentathlon moderno, ma venne superata dalla britannica Georgina Harland in rimonta per appena 5” (pari a 20 punti nella classifica finale). Vera Carrara , invece, non riuscì ad inserirsi alle spalle della dominatrice della “corsa a punti” – la russa Olga Slyusareva , pluricampionessa iridata – a causa di una “connection” latino-americana che vide coalizzate la colombiana Calle e la messicana Guerrero per ironia della sorte, la colombiana venne subito dopo squalificata per doping ed il bronzo andò alla statunitense Erin Mirabella, per un solo punto sulla nostra atleta.

Ad un passo dall'impresa arrivò anche Nadia Cortassa, 5^ in una prova di triathlon dominata nelle prime due frazioni dalle rappresentanti americane: tra le atlete che misero in atto una straordinaria rimonta nella frazione conclusiva di corsa c'era proprio la campionessa torinese, che però mancò il podio per poco più di mezzo minuto.

Andrea Valentini e specialmente Enrico Dell'Amore, i quali componevano per intero la squadra azzurra di pentathlon moderno maschile, furono fermati da un sorteggio estremamente sfavorevole dei cavalli per la prova di equitazione quando erano ancora potenzialmente in corsa per un piazzamento di prestigio.

Rossella Giordano, che ad Atlanta '96 non era ancora stata incorporata nella Polizia penitenziaria (all'epoca erano ancora in corso le prove di selezione), in questa occasione fece il suo esordio olimpico con le Fiamme Azzurre.

Sara Bertoli, che pure l'anno prima era stata 5^ nel Mondiale di Pesaro, fu presente solo come “riserva viaggiante” della squadra di pentathlon moderno, essendole stata preferita la veterana Federica Foghetti.

Il decimo rappresentante delle Fiamme Azzurre ad Atene, sia pure non in dotazione agonistica, fu l'arbitro internazionale Massimo De Santis, all'epoca Vice Commissario della Polizia penitenziaria e in organico al Gruppo Sportivo, il quale diresse alcuni incontri del torneo di calcio (Costarica-Marocco nel girone eliminatorio e Paraguay-Corea, nei quarti di finale).

Furono 413 (278 uomini e 135 donne) gli atleti italiani che presero parte ai XXVII Giochi Olimpici di Sydney, dal 15 settembre al 1° ottobre 2000. Nella metropoli del Nuovo Galles del Sud arrivarono anche nove atleti delle Fiamme Azzurre:

A Sydney Giovanni Pellielo conquistò la seconda medaglia olimpica nella storia delle Fiamme Azzurre, dopo una gara drammatica. Al termine delle qualificazioni, in un impianto che non consentiva alti punteggi, il vercellese entrò in finale con 116/125: con un 24/25 nell'ultima serie, grazie ad una gara in rimonta, il tiratore della Polizia Penitenziaria ottene il terzo posto con un 140/150 finale, alle spalle dell'australiano Diamond (147/150, olimpionico anche ad Atlanta '96) e del britannico Peel (142/150).
Nell'edizione australiana dei Giochi l'Italia tornò a casa con 34 medaglie: 13 ori, 8 argenti e 13 bronzi.
Tra le prestazioni più positive si deve senz'altro annoverare quella di Alessandro Attene, un 23enne marchigiano capace di ottenere il miglior risultato di un 400ista italiano nella storia dei Giochi, con la sua qualificazione alle semifinali, e un miglior tempo di 45.35, seconda prestazione italiana di sempre sulla distanza.
Di grande valore anche i piazzamenti nelle finali da parte del martellista Loris Paoluzzi e del triplista Paolo Camossi, che pochi mesi più tardi avrebbe conquistato a Lisbona il titolo mondiale indoor della specialità.
Il maciatore Giovanni Perricelli giunse nell'occasione alla sua quarta partecipazione olimpica, record per il club della Polizia Penitenziaria.
Il triatleta Alessandro Bottoni, con la gara di Sydney – pur non fortunatissima – entrò comunque nella storia della disciplina, essendo stato il primo azzurro del triathlon a partecipare alla prova olimpica (questo sport ha fatto il suo ingresso nel programma dei Giochi proprio in Australia).
Oltre ai nove atleti delle Fiamme Azzurre, della spedizione italiana in Australia faceva parte anche Cristiano Valoppi, in qualità di tecnico del Ciclismo su pista.

La XXVI edizione dei Giochi Olimpici si disputò nella capitale della Georgia dal 19 luglio al 4 agosto 1996. Gli atleti italiani presenti furono 346 (242 uomini e 104 donne), con la partecipazione di 11 atleti delle Fiamme Azzurre:

Il miglior piazzamento fu ottenuto da Giovanni Pellielo, che già aveva partecipato ai Giochi Olimpici di Barcellona '92, prima di entrare a far parte della Polizia penitenziaria. Il tiratore vercellese rimase escluso dalla finale per due piattelli (120/125). Alla vigilia c'era attesa anche per le prove degli 800isti Giuseppe D'Urso (argento ai Mondiali '93) e Andrea Benvenuti (oro agli Europei '94), ma entrambi uscirono in semifinale. Il decathleta Beniamino Poserina, primo atleta italiano ad aver ottenuto oltre 8000 punti nella disciplina, venne fermato da tre nulli nel peso e – pur concludendo la prova – non potè competere per una classifica ambiziosa. Il milanese, un paio di mesi dopo, migliorò il suo primato italiano con 8169 punti, un risultato che gli avrebbe consentito di ottenere sulla scena olimpica un piazzamento ben più prestigioso. Ad Atlanta – dove la formazione azzurra conquistò 35 medaglie in totale, con 13 ori, 10 argenti e 12 bronzi – partecipò anche Rossella Giordano, quinta nella 10km di marcia, un'atleta che nell'ottobre nel '96 iniziò le prove selettive per l'ingresso nel Corpo della Polizia Penitenziaria.

La metropoli catalana ospitò la XXV edizione dei Giochi Olimpici dal 25 luglio al 9 agosto 1992. La formazione azzurra era composta da 318 elementi complessivi (240 uomini e 78 donne) e le Fiamme Azzurre (all'epoca si erano aggiunte alle due sezioni originarie quelle del Ciclismo su pista e del Tiro a volo) contribuirono con sei presenze:

Il romano Roberto Bomprezzi è stato dunque il primo atleta delle Fiamme Azzurre a salire sul podio olimpico, grazie al terzo posto conquistato nella prova a squadre di Pentathlon Moderno in compagnia con Carlo Massullo e Gianluca Tiberti. Fu una delle 19 medaglie conquistate dalla spedizione italiana, in totale 6 ori, 5 argenti e 8 bronzi.
La vera rivelazione dei Giochi Olimpici di Barcellona fu però il mezzofondista veronese Andrea Benvenuti, un 23enne esordiente sulla scena olimpica e tuttavia capace di entrare nella finale degli 800 metri – prova altamente qualificata sul piano tecnico – lottando per il podio fino all'ultimo metro. Un mese più tardi Benvenuti vinse la finale di Coppa del Mondo a Torino sulla stessa distanza degli 800 metri, a tutt'oggi primo e unico atleta italiano a riuscire nell'impresa.

Le Fiamme Azzurre hanno fatto il proprio esordio olimpico in occasione della XXIV edizione dei Giochi estivi, a Seoul. La capitale coreana ospitò l'evento dal 17 settembre al 2 ottobre 1988.
La formazione italiana era composta in totale di 255 atleti (213 uomini e 42 donne): il club della Polizia Penitenziaria, che era nato solo nel 1983 e aveva cominciato l'attività agonistica nel 1985, fu in grado di contribuire alla spedizione azzurra con tre elementi, selezionati nelle due sezioni allora operanti (Atletica Leggera e Pentathlon Moderno):

Alle gare nello Stadio Olimpico di Kwandong prese parte un altro atleta in forza al corpo della Polizia Penitenziaria, il velocista pugliese Michele Lazazzera (eliminato nei quarti di finale dei 100 metri), il quale però non era stato ancora incorporato nelle Fiamme Azzurre.

L'Italia conquistò a Seoul 14 medaglie – 6 ori, 4 argenti e 4 bronzi – e lo sprinter Ezio Madonia, 22enne ligure, fu il primo atleta delle Fiamme Azzurre ad entrare in una finale olinmpica, appunto quella della staffetta veloce che si piazzò al quinto posto.