子身分出战女子单打项目。在小组赛阶段，她先后击败越南的武氏妆和印尼的琳达·韦尼·法内特里，顺利晋级淘汰赛。她先在16强赛中以2比0（21-6、21-7）横扫韩国的裴延姝，又在半准决赛的德比战中，以2比1（11-21、21-17、21-10）逆转拿下队友山口茜。及至准决赛，奥原面对印度的普萨拉·文卡塔·辛德胡，最终以0比2（19-21、10-21）落败，无缘决赛。在其后进行的季军战中，她因对手李雪芮弃权而拿得了铜牌，创下日本女单在历届奥运会的最佳成绩。奥原回国后，在日本长野县大町市参加了盛大的庆祝游行活动。