北京时间2016年8月7日凌晨，里约奥运会女排小组赛第一轮比赛结束。面对时隔20年再获奥运资格的荷兰队，B组的中国女排在大比分2-1领先、决胜局10-7占先的情况下错失战机，遭对手翻盘2-3惜败初战受挫，五局比分为23-25、25-21、25-18、22-25和13-15。
北京时间2016年8月8日晚，里约奥运会女排小组赛第2轮较量全面展开。面对同样初战受挫的意大利，中国女排在关键分把握和自失控制上表现更好，成功零封对手赢得首胜，三局比分为25-21、25-21和25-16。
北京时间2016年8月10日晚，中国女排以大比分3：0战胜波多黎各队，三局比分为25：20、25-17和25-18。
北京时间2016年8月12日晚，里约奥运会女排小组赛展开第4轮较量。在事关小组排名的关键战中，面对网口表现强势的塞尔维亚，中国女排发拦不利0-3完败，遭遇本届奥运会的第2场失利，三局比分为19-25、19-25和22-25。
北京时间2016年8月15日，里约奥运女排小组赛第5轮争夺继续进行。面对全力争取B组头名的美国，中国女排变阵后攻防虽有改观，但整体实力稍逊还是1-3不敌对手遭遇第3场失利，四局比分为25-22、17-25、19-25和19-25。中国2胜3负斩获7分落位小组第4，将在1/4决赛遭遇A组头名巴西。
北京时间2016年8月17日，里约奥运会女排1/4决赛展开一场焦点战，中国女排苦战五局，3：2胜东道主、卫冕冠军巴西队，晋级四强，五局比分分别为15-25、25-23、25-22、22-25、15-13。下一场，她们的对手将是荷兰队。
北京时间2016年8月19日，里约奥运会女排半决赛全部结束。面对首次晋级奥运4强的荷兰，中国女排虽遭遇顽强抵抗，但凭借朱婷在进攻端的强势表现成功压制了对手，激战四局后3-1获胜，时隔12年再度跻身奥运决赛，四局比分为27-25、23-25、29-27和25-23。中国将和首次打入奥运决赛的塞尔维亚争夺冠军。
北京时间2016年8月21日，里约奥运会女排比赛全部结束。决赛中面对塞尔维亚的强有力挑战，中国女排在先输一局的情况下加强发球和拦网，连扳三局3-1逆转获胜，时隔12年再度荣膺奥运冠军，四局比分为19-25、25-17、25-22和25-23，冲冠受挫收获银牌的塞尔维亚也创下本队奥运最佳战绩。
