男子400米自由泳预赛分成七个小组进行，孙杨在第六小组第四道出场，站在他身边的就是韩国名将朴泰桓，另一侧则是美国名将贾格尔。入水后孙杨节奏平稳，头50米孙杨落后朴泰桓0.18秒排名第三。在100米时奥地利选手赶到第一，孙杨依然排名第三，朴泰桓退出前三。在150米时孙杨以领先加拿大老对头科克伦0.06秒的优势，升到了第一位，200米孙杨已经把优势稍微拉大到了0.19秒。

　　250米的地方贾格尔反超孙杨0.05秒升到第一，孙杨第二。但在300米的地方，孙杨同样反超贾格尔0.05秒回到第一位。350米的地方，孙杨依然第一位。最后50米冲刺，孙杨开始发力，迅速拉开和其他选手之间的距离，最后孙杨以3分44秒23列小组第一，在前六小组排名第一。朴泰桓以3分45秒63列小组第四。

　　最后一小组，澳大利亚选手霍顿和英国选手盖伊都在其中。霍顿在200米之后开始发力，在250米的地方确立领先优势，但他很快又被美国选手戴尔追上。这组较量选手都用了真力，最后100米戴尔发力摆脱，最后他以3分43秒42获得小组第一。霍顿在和意大利选手德蒂的竞争中胜出，霍顿最后成绩是3分43秒84，德蒂的成绩为3分43秒95，他们三人就是预赛的前三名。盖伊以3分45秒31列预赛第6，同样进入决赛。