Rok później, podczas igrzysk olimpijskich w Rio de Janeiro O’Connor została wicemistrzynią olimpijską, gdy w finale 200 m stylem zmiennym przepłynęła ten dystans w 2:06,88. Brała też udział w konkurencjach sztafet 4 × 100 stylem zmiennym i 4 × 200 kraulem. W stylu zmiennym sztafeta brytyjska z czasem 3:56,96 uplasowała się na siódmym miejscu i poprawiła jednocześnie rekord kraju. W sztafecie kraulowej 4 × 200 m Brytyjki nie awansowały do finału i ostatecznie zajęły dziewiąte miejsce.