北京时间8月9日，巴黎奥运会男篮半决赛，美国队95-91击败塞尔维亚队打进决赛，将会再次和法国争夺金牌。詹姆斯全场贡献16分12篮板10助攻，贡献奥运历史第4个三双数据，他也奥运会历史首位成为多次送出三双的球员。他在末节连续送出助攻掀起进攻高潮，为美国队缔造17分惊天大逆转挺进决赛，拒绝塞尔维亚队爆冷。
首节比赛开始，詹姆斯一上来就助攻库里跳投打进，率先为美国队取得首记运动战得分。库里开局手感火热，连续飙进4记三分，包揽美国队前15分中的14分，美国队集体为他制造机会。但塞尔维亚队用团队配合，打得美国队措手不及，詹姆斯三分尝试出手命中。在美国队处于落后情况下，他们选择换上全替补，却依旧被塞尔维亚队持续压制。首节比赛结束，美国队23-29落后塞尔维亚队，只有库里、詹姆斯和浓眉有运动战进球。
次节比赛开始，塞尔维亚队用外线的精准表现，打出一波进攻高潮，成功拉开分差到17分。恩比德及时得分止损，詹姆斯开始串联起整支队伍，并且用三分线试图缩小分差，但塞尔维亚队强大的团队攻防实力，始终拒绝美国队将分差追到10分以内。在半场比赛结束前，詹姆斯内线强打转身跳投打进2+1，随后朝着博格达诺维奇比出“你太弱小”的手势，似乎在预告下半场接管比赛。半场比赛结束，美国队43-54落后塞尔维亚队，詹姆斯得到9分3篮板5助攻的全面数据。
易边再战。恩比德三分命中，詹姆斯增加自己的侵略性开始冲击篮筐造犯规，两人连续得分帮助美国队追分。后续库里一攻一传，成功为美国队追分到6分。但在詹姆斯和库里下场以后，美国队攻防两端再度失衡，被对手连续打进三分掀起9-0高潮，两队分差依旧在双位数。三节比赛结束，美国队63-76落后塞尔维亚队。
末节比赛开始，美国队时间有限需要不断追分，詹姆斯开启进攻模式，先是命中一记翻身后仰跳投，随后库里抛投打进。尽管约基奇打进翻身抛投并造成犯规，但詹姆斯回头就为杜兰特和布克连续送出三分助攻，美国队表现始终顽强追到5分。每当塞尔维亚球员完成得分，詹姆斯总会送出助攻紧紧追分，詹姆斯和恩比德打出一波7-0高潮，在比赛还剩下3分39秒扳平比分！
关键时刻，詹姆斯和库里接管比赛打出7-0高潮试图拉开分差，成功占据领先优势。虽然塞尔维亚队没有放弃比赛，但库里罚球命中锁定胜局，最终美国队逆转拿下塞尔维亚队拒绝爆冷，詹姆斯和库里疯狂庆祝，两人成为逆转的最大功臣！
