Trzy miesiące później podczas igrzysk olimpijskich w Rio de Janeiro wraz z Rikke Møller Pedersen, Jeanette Ottesen i Pernille Blume zdobyła brązowy medal w wyścigu sztafet 4 × 100 m stylem zmiennym. Dunki przypłynęły zaledwie 0,01 s za reprezentantkami Australii i ustanowiły nowy rekord Europy (3:55,01). Nielsen brała również udział w sztafecie kraulowej 4 × 100 m, która zajęła 12. miejsce. Na swoim koronnym dystansie 100 m stylem grzbietowym z czasem 58,80 była piąta.