Đây là hoạt động chính của Lễ hội Nghinh Ông Thắng Tam Vũng Tàu được tổ chức từ ngày 14-18/8 (âm lịch) hàng năm. Năm nay, lễ hội diễn ra từ ngày 29/9 đến 3/10.  

Ngay từ sáng sớm, tại khu vực Bãi Trước và trên các tuyến đường Quang Trung, Trần Hưng Đạo, Hoàng Hoa Thám đã có rất đông người đứng xem và tham gia vào đoàn rước cá Ông từ biển về đình thần Thắng Tam.  

Trong ngày lễ hội chính sẽ diễn ra nhiều hoạt động cúng lễ quan trọng như: Nghinh Ông, cúng lễ Tiền Hiền, Hậu Hiền, các Anh hùng liệt sĩ, thỉnh sắc thần, dâng trà, hoa, rượu và biểu diễn hát bả trạo, tuồng cổ.    

Tiếp đó, các ngày 2-3/10, lễ hội tiếp tục diễn ra với các nghi thức cúng cầu ngư, cầu quốc thái dân an, cầu cho người dân được ấm no hạnh phúc, đánh bắt được nhiều tôm cá...  

Trước đó, trong các ngày 29-30/9 tại bãi tắm Thùy Vân đã diễn ra nhiều trò chơi dân gian đặc trưng của ngư dân vùng biển.  

Từ năm 2000, Lễ hội Nghinh Ông Thắng Tam Vũng Tàu đã được Tổng cục Du lịch chọn là một trong 15 lễ hội lớn của cả nước. Theo lãnh đạo địa phương, Lễ hội Nghinh Ông Thắng Tam Vũng Tàu là lễ hội rất đặc trưng của ngư dân vùng biển cả nước bởi lễ rước được thực hiện từ một ngôi miếu ngoài biển (miếu Bà) do đoàn rước gồm các vị kỳ lão, kỳ hương, quan hầu… đi ghe tới thực hiện các nghi thức dâng hương, rượu, cúng tế xin rước cá Ông về.  

Bên cạnh đó, trong lăng cá Ông đình Thần Thắng Tam còn lưu giữ nhiều bộ xương cá Ông; trong đó, bộ mới đây nhất nặng 4 tấn, dài 30m được đưa về vào năm 1868 từ bãi tắm Thùy Vân, thành phố Vũng Tàu.    

Hiện Lăng Ông còn giữ được hai sắc thần được phong vào năm 1846 và 1850 dưới triều vua Tự Đức.    

Ngoài ra, đình thần Thắng Tam còn là nơi thờ chung của cả ba người đã có công xây dựng 3 làng Thắng (Thắng Nhất, Thắng Nhị, Thắng Tam) - tiền thân của thành phố Vũng Tàu ngày nay là Phạm Văn Dinh, Lê Văn Lộc và Ngô Văn Huyền.