Op 7 augustus 2016 won Van der Breggen in Rio de Janeiro olympisch goud in de wegwedstrijd, na een hectische wedstrijd waarin ze werd bijgestaan door Ellen van Dijk en uittredend kampioene Vos, en waarin de op kop rijdende Annemiek van Vleuten in de laatste afdaling ten val kwam. Na haar overwinning was haar eerste vraag dan ook hoe Van Vleuten eraan toe was. Drie dagen later veroverde ze de bronzen medaille in de tijdrit, op slechts 11 seconden van winnares Kristin Armstrong. Op 24 augustus 2016 werd ze benoemd tot Ridder in de Orde van Oranje-Nassau. Op 25 augustus 2016 werd ze gehuldigd in haar woonplaats Hasselt.