Per la ceca si apre poi lo swing sul cemento, che si avvia alla Rogers Cup di Montreal. Nei primi due turni elimina agevolmente Magda Linette (6-1 6-2) e Andrea Petković (6-2 6-4) ma al terzo turno viene sconfitta dalla russa Svetlana Kuznecova (7-6(2) 6-3). Si presenta in seguito al torneo femminile delle Olimpiadi di Rio de Janeiro. Petra vince nettamente su Babos (6-1 6-2) e su Wozniacki (6-2 6-4). Agli ottavi si prende la rivincita su Makarova, per 4-6 6-4 6-4. Nei quarti annichilisce Elina Svitolina per 6-2 6-0, entrando in zona medaglie. Nella semifinale viene tuttavia sconfitta da Mónica Puig in tre set. Questo insuccesso manda Kvitová alla finale per il bronzo. Nella "finalina", la ceca batte l'americana Madison Keys per 7-5 2-6 6-2, conquistando il bronzo e dunque la prima medaglia olimpica della sua carriera.