Fuldfør følgende sætning: I sin anden konkurrence den 9. august, 200 meter sommerfugl, blev han den første svømmer i historien til at lave fem finale i samme begivenhed, efter at have afsluttet 5. i 2000, 1. i 2004 og 2008, og 2. i 2012. (Federica Pellegrini ville være den anden svømmer til at gøre det ved OL i 2020.) I Rio vandt han titlen, som han havde tabt til Chad le Clos fire år tidligere i London, hvor han overgik Masato Sakai med 0,04 s. Phelps erklærede, at det havde været hovedmålet under hans comeback at vinde titlen igen. For- og finalen af den begivenhed blev stærkt hyped som en revanche mellem Phelps og Le Clos. Forholdet mellem Le Clos og Phelps havde været hjerteligt tilbage i 2012<unk>13, men det forværredes i 2014, da Phelps kom tilbage fra pensionering og antydede, at de nuværende sommerfugltider var langsomme. I forberedelsesrummet før det indledende løb, Le Clos' skygge boksning, mens Phelps "glødte i et hjørne" gav anledning til internet meme med hashtag #PhelpsFace. Le Clos' Wikipedia-biografi blev endda vandaliseret efter eventfinalen. Ved 31 års alderen gjorde sejren Phelps ikke kun den ældste mandlige mester, men også den ældste individuelle mester i olympisk svømningshistorie, der slog rekordene fra Duke Kahanamoku i 1920, og Inge de Bruijn i
2004 henholdsvis. Phelps blev også den første svømmer til at vinde individuelle guldmedaljer med 12 års mellemrum. Begge disse rekorder blev slået af Anthony Ervin tre dage senere.