펠프스는 10일(한국시간) 브라질 리우데자네이루의 올림픽 수영경기장에서 열린 리우올림픽 남자 접영 200m 결승에서 1분53초36를 기록하며 우승을 차지했다. 2위는 사카이 마사토(일본·1분53초40), 3위는 타마스 켄데레시(헝가리·1분53초62)가 거머쥐었다.
수영 황제의 질주는 멈추지 않았다. 펠프스는 이후 열린 계영 800m에 출전해 코너 드와이어, 타운리 하스, 라이언 록티와 함께 7분00초66을 기록하며 또 한 번 정상에 섰다.
미국에 2초47 뒤진 영국(7분03초13)이 2위, 일본(7분03초50)이 3위를 차지했다. 마지막 영자로 나선 펠프스는 미국의 금메달을 굳건히 지켜냈다.
또한 개인 통산 최다 금메달리스트인 펠프스는 올림픽 금메달 수를 21개로 늘렸다. 세계 수영 역사를 쓰고 또 쓰고 있다.