再次夺得该项目冠军，成为第一个在游泳世锦赛成功卫冕的日本选手。2016年8月，濑户赴巴西里约热内卢参加自己运动生涯里的第一届夏季奥林匹克运动会，在第一个比赛日举办的400米个人混合泳决赛中，他游出了4分9秒71，最终获得一枚铜牌。之后，他又出战男子200米蝶泳项目，最终以1分54秒82排名第5。奥运结束后，濑户为自己定下大目标，他称希望在2020年东京奥运会上出战7个项目，并夺取多枚金牌。同年12月，他参加了在加拿大温莎举办的世界短池锦标赛，取得一定突破，除了获得100米个人混合泳银牌以及200米个人混