所以刘长春当时无疑是中国在世界上最具竞争力的运动员，也是中国参加奥运会的最佳代表，恐怕也正因为如此，他也很自然成为了伪满报纸污蔑的目标。而在当时的这种情况下，中国参加奥运会，让来自被伪满占领区域的刘长春代表中国参加奥运会，也在某种程度上具有了为中国在国际上宣示东北主权的象征意义。

经过21天的漫长海上旅行，刘长春一行直到奥运会开幕前一天，也就是7月29日才抵达了美国洛杉矶，搭上了参加奥运会的末班车。而当时作为世界第一人口大国的中国只能派出1名运动员参赛，这无疑会使中国在开幕式上显得人单势孤，所以代表团官员沈嗣良和宋君复经过商议临时决定，从当地华侨组织中请来两名干事，再加上一名对华比较友好的美国人，最终组成了6人团队，代表中国出现在了奥运会开幕式现场。7月30日当天，刘长春作为旗手引领中国代表团以第8顺位步入了开幕式主体育场。

开幕式后第二天，也就是1932年7月31日，刘长春就出战了男子100米预赛。而刚刚经过20多天海上颠簸的刘长春自然无法发挥出最佳水平。虽然他充分发挥了自己起步好的优势，在前60米一路领先，但因为后程体力不支，先后被多名对手超越，最终以11秒1的成绩在小组中位列第4名，无缘晋级决赛。在后来进行的200米预赛中，刘长春又是在前半程领先的情况下在后半程被对手超越，最终同样取得小组第4名，无缘决赛。

尽管所参加的项目都没能晋级，但刘长春作为中国首位参加奥运会的运动员，还是破例受到大会邀请，参加了奥运会举办的冠军聚餐会。8月21日，在当地华侨在资助下，刘长春启程回国，又经过了20多天的旅程之后，在9月16日抵达上海，受到了上海各界的热烈欢迎。次年，刘长春在全国运动会中再次刷新100米和200米两项全国纪录，其100米纪录后来一直保持了25年之久。