O número de integrantes na delegação caiu em relação a quatro anos antes e foi de 277 para 259 (136 homens e 123 mulheres). Os atletas participaram de 27 modalidades: atletismo, basquete, boxe, canoagem, ciclismo, esgrima, futebol, ginástica, ginástica artística, handebol, hipismo, judô, levantamento de peso, luta, natação, nado sincronizado, remo, saltos ornamentais, taekwondo, tênis, tênis de mesa, tiro esportivo, tiro com arco, triatlo, vela, vôlei e vôlei de praia.
O Brasil começou os Jogos de maneira arrasadora. Já no primeiro dos 17 dias de competição, foram três medalhas: ouro e bronze para os judocas Sarah Menezes e Felipe Kitadai, além da prata para Thiago Pereira, na natação.
O desempenho impressionante caiu aos poucos, e candidatos a pódio não conseguiram confirmar o favoritismo. Tiago Camilo e Rafaela Silva, no judô, e Diego Hypólito, na ginástica, foram eliminados precocemente.
As medalhas voltaram apenas no fim da primeira semana dos Jogos. Mayra Aguiar e Rafael Silva ficaram com o bronze no judô, e César Cielo terminou em terceiro nos 50m livres.
Na vela, Robert Scheidt alcançou uma marca histórica para o Brasil. Junto com Bruno Prada, Scheidt ficou com o bronze na classe star e se tornou o maior medalhista olímpico da história do país, com cinco pódios.
O segundo ouro veio no dia seguinte ao feito na vela. Arthur Zanetti bateu o tetracampeão mundial Chen Yibing nas argolas e conquistou um primeiro lugar inédito para o Brasil.
O vôlei feminino garantiu o terceiro ouro da delegação. Após uma campanha heroica, com direito a uma virada improvável sobre a Rússia, a seleção bateu os EUA na final e conquistou o bicampeonato olímpico.
Outras quatro medalhas saíram de esportes coletivos. Apesar da boa campanha, o futebol masculino ficou no ‘quase’ mais uma vez e perdeu a final para o México. O vôlei de quadra masculino, e a dupla de vôlei de praia Alison e Emanuel conquistaram a prata. Também no vôlei de praia, Juliana e Larissa ficaram com o bronze.
Na reta final dos jogos, foi a vez do boxe dar três medalhas ao Brasil. Após 44 anos sem subir no pódio na modalidade, Esquiva Falcão conseguiu a prata, e Adriana Araújo e Yamaguchi Falcão ficaram com o bronze.
A outra medalha de bronze do Brasil veio no último dia de competição. Yane Marques ficou em terceiro no pentatlo moderno, uma das modalidades mais tradicionais das Olimpíadas, disputada desde 1912.