18 июля 2001 года вице-президент Олимпийского комитета России (ОКР) Леонид Тягачев был единогласно избран президентом организации. Перед голосованием уходящий глава комитета Виталий Смирнов назвал его своим преемником, а два других кандидата взяли самоотвод. СМИ предположили, что избранию помог тот факт, что кандидат — личный тренер президента Путина по горным лыжам.
Начиная с сентября 2004 года, неоднократно заявлял, что покинет пост после Олимпиады-2008. Называл в качестве преемников спортсменов Дмитрия Сватковского, Светлану Хоркину, Алексея Немова, Елену Вяльбе и Александра Попова. Тем не менее в декабре 2009 года избрался на третий срок.
22 февраля 2002 года на пресс-конференции в Солт-Лейк-Сити пригрозил, что российская сборная может "досрочно покинуть" Олимпиаду в случае продолжения необъективного судейства. Там же пытался защитить дисквалифицированную лыжницу Ларису Лазутину, объяснив "критическими днями" высокий уровень гемоглобина в ее крови.
В апреле 2002 года обратился к президенту Владимиру Путину с просьбой сосредоточить контроль за "большим спортом" в руках ОКР, оставив за Госкомспортом только "физкультурно-оздоровительное движение". В том же месяце Госкомспорт возглавил Вячеслав Фетисов, и два спортивных чиновника постоянно спорили за лидерство. Конфликт прекратился в 2008 году, когда ведомство господина Фетисова расформировали. С главой нового Министерства спорта, туризма и молодежной политики Виталием Мутко у господина Тягачева сложились хорошие отношения. 7 апреля 2009 года чиновники подписали соглашение о сотрудничестве.
Глава ОКР не смог обеспечить победу Москвы в борьбе за право принять летние Олимпийские игры-2012. В июле 2005 года на сессии МОК заявка российской столицы показала худший результат. Затем он стал одним из инициаторов выдвижения Сочи на Олимпиаду-2014, право на проведение которой российский город получил в июле 2007 года.