Zúčastnil se také riodejaneirských Her XXXI. olympiády, kde v úvodním kole dvouhry opět zdolal světovou jedničku Djokoviće a v semifinále přešel přes Rafaela Nadala. V utkání o zlato pak podlehl obhájci trofeje a světové dvojce Andymu Murraymu po čtyřsetovém průběhu. Finálové drama trvalo přes čtyři hodiny a oba aktéři si patnáctkrát prolomili svá podání. Argentinec hrál pod žebříčkovou ochranou, když se na dvorce vrátil v únoru 2016 po dlouhodobém zranění zápěstí. Během turnaje mu patřila 141. příčka na žebříčku. Spolu s Máximem Gonzálezem skončili v mužské čtyřhře ve druhém kole na raketách španělského páru a pozdějších olympijských vítězů Marca Lópeze a Rafaela Nadala.