50 mét đầu tiên, Huy Hoàng chỉ đứng thứ sáu. Tuy nhiên, kình ngư Việt Nam sau đó có màn tăng tốc ấn tượng, kết thúc 200 mét anh vươn lên vị trí thứ ba.
Hết nửa chặng đua, mức 750 mét, anh vươn lên dẫn nhất và liên tục duy trì vị trí này. Tuy nhiên, sau 1.200 mét, Sun Yang bứt phá mạnh mẽ chiếm lại vị trí dẫn đầu. Tay bơi người Trung Quốc đang giữ kỷ lục thế giới ở cự ly 1.500m với thời 14 phút 31 giây 02 ở Olympic London 2012. Anh sau đó duy trì vị thế và cán đích đầu tiên với thời gian 14 phút 58 giây 53. Về sau 3 giây 10, Huy Hoàng giành HC bạc.
Tại giải bơi vô địch các nhóm tuổi Đông Nam Á năm 2015 tại Đà Nẵng, Huy Hoàng giành 5 HC vàng ở các nội dung 400m tự do, 1.500m tự do, 200m bướm, 200m sải và nội dung tiếp sức 4x100m. Anh phá kỷ lục lứa tuổi ở các nội dung bơi 200m bướm, 400m tự do và 1.500m tự do.
Tại giải bơi vô địch quốc gia năm 2016, Huy Hoàng đoạt một HC vàng ở cự ly 1.500 m, đồng thời phá kỷ lục quốc gia. Tham dự SEA Games năm 2017, anh tiếp tục thể hiện sự tiến bộ với tấm HC vàng và phá kỷ lục của đàn anh Lâm Quang Nhật ở nội dung 1.500m với thành tích 15 phút 20 giây 20.
Lần đầu tiên tham dự Asiad, Huy Hoàng lập tức trở thành người đầu tiên mang về huy chương bơi cho Việt Nam ở giải năm nay với tấm HC đồng nội dung 800m hỗn hợp hôm 20/8, trước khi lập chiến tích ấn tượng với cự ly 1.500m