小组赛最后一轮在8月23日打响。A组西班牙率先战胜了新西兰，5战全胜小组第一昂首出线，他们的对手将是B组第四名。而新西兰队惨遭淘汰。意大利经过艰难一战，1分险胜阿根廷，这样他们和阿根廷同以3胜2负小组出线。最后一个出线名额就要在中国和塞黑之间展开直接对话了。
此时的中国队员压力非常巨大。塞尔维亚和黑山在奥运前排名力压美国高居世界第一，2002年世锦赛上当时还名为南斯拉夫的他们先后战胜了美国和阿根廷勇夺冠军，而中国队在这届世锦赛上仅排名第12位。两者的实力有比较明显的差距，对中国而言唯一的利好消息是塞黑球星斯图贾科维奇未能参加本届奥运会。
姚明在奥运会前就蓄须明志要带队打入八强，放出话来——“不进八强就不刮胡子！”这次考验他的时刻真的到了。这件事就体现了中美两国的文化差异，美国运动员认为国家队成绩只是个人运动生涯的一部分；而中国运动员非常看重国家荣誉，不管在俱乐部取得了多少成绩，他们始终还是把国家队放在首位。中国长城三人组在美国夺得了总冠军，反而让他们更有压力，必须要带领国家队取得好成绩，才对得起祖国的培养。
当双方杀入第四节时，比分是51:54，中国队还落后3分。姚明自己就砍下了22分，扛着球队紧咬着比分。他已经很疲惫了，可球队这时候只有他能在对手的高强度防守下单打取分。
末节一上来，中国队就被塞黑防了个24秒违例。好在对手得分也不轻松，连续三分球远射不中，连博迪洛加也失准了。姚明强打造成犯规，2罚1中。中国控卫刘炜一次抢断后，前锋杜峰强突篮下再造犯规，可惜仍是2罚1中，53:54只差1分。
沉寂了整场的神射手斯切帕诺维奇终于醒了，他连续命中两记三分将分差拉大到了7分。这次站出来拯救球队的是主力小前锋朱芳雨，他连得4分，再次将分差拉回1球。
这次轮到塞尔维亚和黑山队球员紧张了，他们是世界冠军，是顶尖强队，可却被中国队逼入了最后时刻。中国队就像不死的小强一般，怎么打都杀不掉，仍然顽强地阻挠着他们的胜利。
而此时的中国队真正展示了什么叫做众志成城。姚明累了，外线球员轮着打，杜峰、李楠、刘炜、朱芳雨一个接一个轮着发挥。我们中国男篮在世界上不是一线强队，我们输给西班牙25分，输给阿根廷25分，输给意大利37分，可我们有华夏民族的龙之魂，我们的尊严和精神没有倒下！
比赛进行到最后1分44秒，姚明造成了犯规，2罚2中。双方战成63平！塞黑球员已经慌了，他们开始赌博外线三分，可怎么投都没有。姚明勾手投篮再次造了对方中锋犯规，贡献了塞黑队最高17分的德罗宾贾克5犯离场。姚明再次2罚2中，中国队实现了反超！
塞黑关键的一次交给了头号球星博迪洛加，可他也是经历了漫长赛季刚打过总决赛的球员，身体疲劳程度不在姚明之下。这次他后仰跳投失手了。
塞黑球员被迫犯规，投篮精准的王治郅两罚全中结束了比赛的悬念。
尽管塞黑球员投中了压哨三分，但中国队仍以67：66战胜了对手，上演惊天逆转成功杀入八强。姚明贡献了27+13再次成为最大功臣。
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B组则以立陶宛、美国、希腊三强的胜利而告终。立陶宛五战全胜高居小组第一，而希腊美国波多黎各同为3胜2负，计算小分后梦六队悲剧性地排名小组第四，首轮遭遇了实力强大的西班牙队。