Летом 2016 года Лэй Цяньин приняла участие в летних Олимпийских играх в Рио-де-Жанейро. Свою первую олимпийскую награду Лэй выиграла в командном турнире. По итогам квалификационного раунда тайваньские лучницы заняли 4-е место, уступив китаянкам одно очко, а сборной России 6. В раунде плей-офф тайваньские лучницы с трудом победили сборную Мексики 5:4, а затем в полуфинале ничего не смогли противопоставить южнокорейским спортсменкам 1:5. В поединке за третье место Лэй Цяньин, Линь Шицзя и Тань Ятин уверенно победили итальянок 5:3 и стали обладательницами бронзовых наград. В квалификации личного турнира Лэй заняла 33-е место, набрав 625 очков, и получив при этом очень тяжёлую сетку плей-офф, согласно которой уже во втором раунде ей могла встретиться первый номер посева кореянка Чхве Ми Сун. Победив в первом раунде испанку Адриану Мартин 6:2 Лэй вышла на Чхве Ми Сун. Матч продлился всего четыре партии, во время которых тайваньская лучница два раза смогла закончить раунд вничью, а ещё в двух уступила.