Il belga Greg Van Avermaet, già maglia gialla all'ultimo Tour de France e cacciatore di classiche, si aggiudica la medaglia d'oro nella prova in linea su strada delle Olimpiadi di Rio de Janeiro, precedendo sul traguardo di Copacabana il danese Jacob Fuglsang, argento, e il polacco Rafal Majka, bronzo. Tanti i rimpianti per Vincenzo Nibali, caduto nell'ultima insidiosa discesa quando era al comando della corsa insieme al colombiano Sergio Henao e allo stesso Majka. Sesto Fabio Aru, che giunge nel quintetto inseguitore regolato dal francese Alaphilippe, per un'Italia tatticamente perfetta grazie soprattutto a Damiano Caruso, uomo in fuga in grado di aiutare il suo capitano quando ce ne è stata la necessità. Attardati i vari Valverde, Froome, Rui Costa, Yates e Bardet. Caduto anche Richie Porte. ritirati Tom Dumoulin e Philippe Gilbert in una corsa tanto emozionante quanto dura.

La prova in linea di ciclismo su strada si accende già dalla partenza. I primi cinquanta chilometri non presentano grosse difficoltà altimetriche, a differenza dei successivi centottanta, in cui sono da percorrere più volte il Circuito Grumari, dove sono poste la prime salita di giornata (lo strappo Grumari, lungo 1.3 km ma con pendenze anche superiori al 20%, e quello di Grota Funda, 2 km al 10%), e il Circuito di Vista Chinesa. Proprio negli ultimi cento chilometri di corsa viene ripetuta per tre volte la salita di Vista Chinesa, oltre 9 km al 6% di media, ma con tratti durissimi, intervallati solo da qualche centinaio di metri di contropendenza. La prima parte della giornata si caratterizza per una fuga a sei: sono il colombiano Pantano, il norvegese Bystrom, il tedesco Geschke, il russo Kochetkov, il polacco Kwiatkowski e lo svizzero Albasini ad avvantaggiarsi sul gruppo e a guadagnare anche sei minuti di vantaggio. Da dietro sono soprattutto l'Italia, con Alessandro De Marchi, e la Spagna, con Imanol Erviti, a incaricarsi di fare l'andatura. I battistrada rimangono in testa per oltre cento chilometri, prima che un gruppetto di contrattaccanti, tra cui Damiano Caruso, Greg Van Avermaet, Jacob Fuglsang, Andrey Zeits e Rein Taaramae si rifacciano sotto. Il solo a resistere alla fatica è Michal Kwiatkowski, in grado di scollinare sul penultimo passaggio in vetta a Vista Chinesa insieme ai primi. Ma è nella discesa che la corsa cambia volto: Vincenzo Nibali e Fabio Aru raggiungono i fuggitivi, portandosi indietro Adam Yates, Geraint Thomas, Rafal Majka e Sergio Henao, mentre gli spagnoli Alejandro Valverde e Joaquim Rodriguez rimangono isolati.

Sull'ultima ascesa Aru fa inizialmente il ritmo per Nibali, che scatta una prima volta per provare a fare selezione, ed è al terzo tentativo che lo Squalo dello Stretto riesce a fare la differenza, seguito a fatica dal colombiano Sergio Henao e da Rafal Majka. Da dietro intanto Froome prova un'improbabile rimonta solitaria, naufragata ben presto, mentre Joaquim Rodriguez, Luis Meintjes e soprattutto Julian Alaphilippe si riavvicinano al terzetto al comando poco prima della discesa di Vista Chinesa. Nibali prende le curve in testa, ma finisce a terra negli ultimi chilometri di picchiata, insieme ad Henao in una caduta dalle dinamiche non chiarite dalla riprese televisive. Davanti rimane così da solo il polacco Rafal Majka, che accarezza il sogno della medaglia d'oro per una decina di chilometri, prima di essere ripreso da Greg Van Avermaet e Jacob Fuglsang, abili nell'approfittare nella mancanza di accordo tra gli inseguitori per effettuare il ricongiungimento. In volata non c'è storia, troppo più forte il belga che si prende l'oro, mentre Fuglsang e Majka possono consolarsi con le medaglie di argento e bronzo. Alaphilippe regola Purito per il quarto posto, Aru chiude sesto davanti a Meintjes e Zeits. Per l'Italia la beffa di un podio sfumato su una curva insidiosa del durissimo tracciato di Rio. 

Ordine d'arrivo. 1. Van Avermaet in 6h 10' 05". 2. Fuglsang s.t. 3. Majka a 5". 4. Alaphilippe a 22". 5. Rodriguez s.t. 6. Aru s.t. 7. Meintjes s.t. 8. Zeits a 25". 9. Kangert a 1'47". 10. Rui Costa a 2'29".