北京时间8月17日，中国女排又一次在逆境中爆发，顽强逆转东道主巴西女排，昂首晋级四强。中国女排小组赛2胜3负，以小组第四名身份晋级八强。志在完成奥运会三连冠的巴西女排小组赛五战全胜，未丢一局。东道主巴西女排开赛后展现出强大实力，以巨大优势赢得首局比赛。顽强的中国女排并未放弃，上下齐心连扳两局。巴西队赢下第四局将比赛拖入最后决战。决胜局双方比分犬牙交错，中国女排在关键时刻顶住巨大压力，最终15比13获得比赛胜利。
中国队在乒乓球女团决赛中3比0完胜德国队，成功卫冕。第一个出场的李晓霞3比0战胜德国削球手韩莹，完成自己国家队最后一战。随后出场的刘诗雯同样连下三局击败索尔佳。丁宁/刘诗雯在双打比赛中3比1力擒单晓娜/索尔佳，中国乒乓球队拿下在里约奥运会上的第三枚金牌。
在男子3米板决赛中，曹缘为中国跳水队再夺一块金牌。男子3米板并非中国队很有把握的夺金项目，何超的意外出局让重担落到曹缘一个人身上。曹缘在决赛中一路领先，表现不俗的英国选手拉夫尔排在第二位，比赛始终保持悬念。曹缘最后一跳依旧沉稳，顺利摘得金牌，同时成为第一个在跳板和跳台项目上都获得奥运冠军的中国男选手。
黄雪辰/孙文雁在花样游泳项目双人自由自选决赛中，以总分192.3688分获得银牌，创造了中国花游队在奥运会该项目上的最好成绩。卫冕冠军伊先科/罗马申娜组合为俄罗斯队摘得金牌。
傅海峰/张楠在最后一场羽毛球男双半决赛中2比0击败英国组合，成为中国唯一一对杀进决赛的双打组合。在混双铜牌争夺战中，张楠/赵芸蕾2比0战胜徐晨/马晋获得季军。单打方面，女单卫冕冠军李雪芮2比0轻取泰国选手蓬迪挺进半决赛，王仪涵不敌印度选手辛德胡止步女单八强。在男单八强战中，林丹2比1战胜印度选手斯里坎特，将在半决赛中迎战李宗伟，谌龙2比1战胜韩国选手孙完虎。
里约奥运会体操比赛当日收官，但中国队粒金未收，创奥运历史最差战绩。其中男子双杠邓书弟名列第四，王妍进入女子自由操决赛，但仅获第五。