北京時間8月10日凌晨，2016年里約奧運會跳水比賽在瑪麗亞-倫克水上運動中心展開第三個比賽日的爭奪，在女子雙人10米臺決賽中，中國組合陳若琳/劉蕙瑕憑借穩定的發揮，一路領先，以354.00分輕松摘金，中國隊實現該項目五連冠，陳若琳也在該項目上實現三連冠，并收獲個人奧運第5金，與吳敏霞、鄒凱并列成為中國奧運多金王。馬來西亞組合潘德莉拉/張俊虹和加拿大組合本菲托/費麗恩分獲銀牌和銅牌。
女雙10米臺自2000年進入奧運會，中國隊拿到了4屆比賽全部金牌，是跳水夢之隊在奧運會上唯一未丟金的項目，其中陳若琳先后和王鑫、汪皓搭檔實現了蟬聯。本次比賽中國隊派出陳若琳/劉蕙瑕這對組合參賽，兩人自倫敦奧運會開始配對，并將大賽金牌全部收入囊中，主要包括2013、2015兩屆世錦賽和2014、2016兩屆世界杯，可以說發揮正常，拿下這枚金牌問題不大。她們的主要對手是加拿大組合本菲托/費麗恩、墨西哥組合埃斯皮諾薩/奧羅茲克和馬來西亞組合潘德莉拉/張俊虹。
共有8對組合參加決賽，陳若琳/劉蕙瑕在第4位出場。前兩輪規定動作，中國組合分別選擇難度系數2.0的201B（向后翻騰半周屈體）和301B（反身翻騰半周屈體），兩人無論是從起跳、空中動作到入水都完成得十分同步，而且入水水花效果壓得也很好，兩輪均得到55.80分，均排名第一，以總分111.60分暫列榜首。本菲托/費麗恩和潘德莉拉/張俊虹兩對組合兩輪分數都是52.80分，她們也以總分105.60分并列第二。
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第三輪開始是自選動作，陳若琳/劉蕙瑕選擇的難度系數3.0的107B（向前翻騰三周半屈體），她們的發揮堪稱完美，得到了79.20分，總分達到190.80分，開始將分差拉開。朝鮮組合金國香/金美拉使用的是相同動作，她們表現更為出色，得到了該輪最高的81.00分，也以總分184.20分超越至第二位；潘德莉拉/張俊虹則以總分182.10分位居第三。
第四輪，陳若琳/劉蕙瑕選跳的是407C（向內翻騰三周半抱膝），難度系數3.2，盡管在前幾個環節配合得不錯，但是在入水的時候兩人都有些過了，因此水花效果不好，僅得到75.84分，不過仍以總分266.64分守住首位，但分差被縮小。潘德莉拉/張俊虹這輪得到了79.68分，她們也順勢以總分261.78分反超至次席；金國香/金美拉得到76.80分，以總分261.00分退居第三，但僅落后第二名0.78分。
最后一輪，陳若琳/劉蕙瑕選擇的是難度系數3.2的5253B（向后翻騰兩周半轉體一周半屈體），她們沒有受到上一輪小失誤的影響，穩定地完成了這個動作，得到了87.36分的全場最高分，以總分354.00分摘金，幫助中國隊實現了該項目的五連冠，陳若琳本人也收獲奧運第5金，與吳敏霞、鄒凱并列成為中國奧運多金王。馬來西亞組合潘德莉拉/張俊虹這輪也得到82.56分，以總分344.34分摘銀；本菲托/費麗恩憑借這輪80.64分，以總分336.18分逆轉獲得銅牌。
