Belmonte saavutas Hispaania jaoks ajaloolise võidu, võites kuldmedali 200 meetri liblikajooksus.
10. augustil 2:04.85 ajaga, mis oli 3 sajandiku sekundist ees hõbemedaali võitjalt, Austraalia ujujalt Madeline Grovesilt. Ta oli esimene Hispaania naissoost ujuja, kellest sai olümpiamängude meister. Tema kuldmedal oli esimene kuldmedal ujumisbasseinis olümpiamängudel Hispaania ujuja jaoks alates 1992. aastast.