El equipo estadounidense de relevos (4x100 libres) se hizo con el oro olímpico tras marcar un tiempo de 3:29.35, en una carrera marcada por el repunte que protagonizó Phelps ante los japoneses, saliendo en tercera posición. Los integrantes del equipo, Nathan Adrian, Matthew Grevers, Brendan Hansen y el mencionado Phelps, acabaron por delante del equipo japonés, que se apuntó la plata con un tiempo de 3:31.26, y de Australia, que se guardó el bronce tras marcar 3:31.58.
[CLASIFICACÓN COMPLETA DE LA FINAL DE 4x100 ESTILOS]

Phelps, de 27 años, nadó la posta de mariposa para batir junto a Matthew Grevers, Brendan Hansen y Nathan Adrian a los japoneses Ryosuke Irie, Kosuke Kitajima, Takeshi Matsuda y Takuro Fujii, con un tiempo de 3:29.35 por 3:31.26, y acercarse al récord olímpico que tienen los americanos desde Pekín 2008 en 3:29.34.
El equipo de los norteamericanos no tuvo mayores problemas que los que pasó su bracista, Brenda Hansen, frente a su viejo rival nipón, Kosuke Kitajima, su verdugo en Atenas 2004 y Pekín 2008.
Kitajima paró el crono en 58.64 por 59.19 de Hansen, que dio a Phelps el relevo en segunda posición. El de Baltimore superó a Matsuda con 50.73 por 51.20 y dejó la victoria lista para Adrian que también pudo con Fujii, con 46.85 por 48.50.

