Tokyo, Istanbul dan Madrid merupakan tiga calon bandar raya. Bandar raya Baku dan Doha tidak dinaikkan pangkat kepada status calon. Bidaan Rom ditarik balik.[4]

Undi

48 undi diperlukan untuk pemilihan dalam undian pertama dan & undian semula; 49 dalam undian terakhir.

IOC mengundi untuk memilih bandar raya tuan rumah untuk Sukan Olimpik Musim Panas 2020 pada 7 September 2013 di Sesi IOC ke-125 yang mengambil tempat di Buenos Aires Hilton, Buenos Aires, Argentina. Sistem undi lengkap telah digunakan. Tiada bandar raya yang menang lebih daripada 50% undi di dalam pusingan pertama apabila Madrid dan Istanbul terikat di tempat kedua. Undian semula diantara kedua-dua bandar raya tersebut dijalankan untuk menentukan bandar raya yang akan disingkirkan. Dalam undian terakhir di antara Tokyo and Istanbul, Tokyo dipilih selepas meraih 60 undi berbanding Istanbul yang meraih 36 undi.[4]