Yılmaz 2016 Rio Olimpiyat Oyunları'nda kariyerinin son turnuvasına çıktı. Türkiye çeyrek finalde İspanya'ya 64-62 mağlup olarak turnuvaya veda etti. Yılmaz şampiyonayı 16.3 sayı, 3.7 ribaundd ve 1.8 ortalamalarıyla noktaladı.