27 июля 2021 года на Олимпийских играх в Токио Рылов, выступая под флагом ОКР, выиграл золото на дистанции 100 метров на спине с рекордом Европы (51,98, на 0,01 сек хуже олимпийского рекорда), в финале опередив Климента Колесникова на 0,02 сек. Рылов стал первым с 1996 года россиянином, победившим в плавании в бассейне на Олимпийских играх. Советские и российские пловцы никогда ранее не побеждали на дистанции 100 метров на спине на Олимпийских играх. На чемпионатах мира и Европы Рылов на 100-метровке на спине до Олимпийских игр никогда не побеждал.