I försöksheatet på 100 meter fjärilsim simmade Dressel på 50,39 sekunder, vilket innebar ett nytt olympiskt rekord på distansen (delat rekord med Joseph Schooling). I semifinalen på 100 meter fjäril simmade Dressel på tiden 49,71 sekunder och slog Kristóf Miláks olympiska rekord som endast stod sig i ett par minuter. I finalen simmade Dressel på tiden 49,45 sekunder och tog guld samt förbättrade sitt eget världsrekord.