2016年4月，渡边在日本游泳锦标赛男子200米蛙泳比赛中以2分9秒45的成绩位列第二，与第一名的小关也朱笃一同获得里约奥运会该项目的参赛资格。同年8月，渡边参加里约奥运游泳男子100米蛙泳和200米蛙泳两个项目的比赛，在100米蛙泳预赛上，他游出了1分0秒33，在所有选手中位列第18名，未能晋级半决赛。而在三天后的200米蛙泳半决赛上，渡边表现突出，以2分7秒22的成绩刷新奥运纪录，晋级决赛，然而在决赛中，他没能游出最佳状态，最终仅以2分7秒87排名第6。