子200米蛙泳比赛中表现突出，以2分19秒65的成绩获得第一名，不仅再度打破亚洲纪录，还成功获得了里约奥运会的参赛权。在同年8月11日举行的夏季奥运女子200米蛙泳决赛中，她以2分20秒30的成绩战胜所有对手，获得个人首枚奥运金牌，她也成为继前畑秀子和岩崎恭子后第三位获得该项目金牌的日本选手。之后她也因为在奥运会上的出色表现获得紫绶褒章，又被VOGUE JAPAN选为“2016年年度最佳女性”之一。2018年3月16日，金藤正式宣布退役。2019年4月1日，她加入Amuse事务所，转行担任艺人兼解说员。