In seguito, la ceca disputa il torneo olimpico a Tokyo: al primo turno, elimina Kiki Bertens nella sua ultima partita in carriera (6-4 3-6 6-4); dopo un comodo successo su Buzarnescu (6-1 6-2), Markéta riesce a sconfiggere la n°2 del tabellone Naomi Ōsaka per 6-1 6-4, accedendo ai quarti di finale, dove approfitta del ritiro della spagnola Badosa dopo aver vinto il primo set; in semifinale, la ceca lascia quattro giochi alla n°4 del seeding Elina Svitolina (6-3 6-1), approdando alla finale per l'oro, dove affronta la svizzera Belinda Bencic. Nell'ultimo atto, Markéta si arrende in tre set (5-7 6-2 3-6), aggiudicandosi comunque l'argento. Per la Repubblica Ceca è la terza medaglia nel singolare femminile, la prima d'argento dopo i due bronzi di Petra Kvitová a Rio 2016 e di Jana Novotná ad Atlanta 1996.