Täitke järgmine lause: Oma teisel võistlusel 9. augustil, 200 meetri liblikas, sai ta esimeseks ujujaks ajaloos, kes viis korda sama võistluse finaali jõudis, olles lõpetanud 5. aastal 2000, 1. aastal 2004 ja 2008. aastal ning 2. aastal 2012. (Federica Pellegrini oleks teine ujuja, kes seda 2020. aasta olümpiamängudel teeks.) Rios võitis ta tiitli, mille oli kaotanud Chad le Clos'ile neli aastat varem Londonis, ületades Masato Sakai 0,04 sekundiga. Phelps ütles, et peamine eesmärk taastumisel oli tiitli tagasi võita. Selle võistluse eel- ja finaalmängud olid väga populaarsed, nagu Phelpsi ja Le Clos'i vaheline vastasseis. Le Clos'i ja Phelps'i suhted olid 2012.-2013. aastal sõbralikud, kuid see halvenes 2014. aastal, kui Phelps tuli tagasi pensionile ja ütles, et praegused liblikaajad on aeglased. Enne esialgset võistlust, kui Le Clos võistles varjuvõitluses, kus Phelps "tõhjus nurgas", tekkis internetimeme hashtagiga #PhelpsFace. Le Clos'i Wikipedia biograafia oli pärast finaali vandaliseeritud. 31-aastaselt tegi see võit Phelpsist mitte ainult vanima meessoost meistrivõistleja, vaid ka vanima üksikisikuvõistleja olümpiamängude ajaloos, purustades rekordeid, mille oli seadnud Hertsog Kahanamoku 1920. aastal ja Inge de Bruijn aastal
2004. aastal. Phelpsist sai ka esimene ujuja, kes võitis individuaalsed kuldmedalid 12 aasta jooksul. Mõlemad rekordid purustas Anthony Ervin kolm päeva hiljem.