1月の全日本選手権女子シングルスでは安藤みなみに5回戦で敗れた。3月、第21回ジャパントップ12卓球大会で準優勝した。4月の第23回アジア選手権（ 中国・無錫）では女子団体で2大会連続となる銀メダルを獲得した。また、森薗政崇と組んだ混合ダブルスで銀メダル、早田ひなと組んだ女子ダブルスで銅メダルを獲得した。6月、世界卓球選手権デュッセルドルフ大会ではシングルスとダブルスに出場。シングルスではベスト16で朱雨玲（ 中国）に2-4で敗れ2大会連続のベスト8とはならなかったが、早田ひなと組んだダブルスで銅メダルを獲得した。日本勢の同種目メダル獲得は2001年大阪大会の武田明子・川越真由ペア以来16年ぶりであり、又16歳ペアの銅メダル獲得は同種目史上最年少であった。8月、ワールドツアー・ブルガリアオープンに出場しシングルスで準優勝、石川佳純と組んだダブルスで優勝すると、翌週のチェコオープンではシングルスで石川佳純に初勝利して優勝し、早田ひなと組んだダブルスでも優勝して2冠を達成。9月下旬、中国スーパーリーグの下部組織の甲Aリーグに参戦し、団体戦で11試合に出場して全勝した。10月、ITTFチャレンジ・ポーランドオープンでシングルス優勝。11月、ワールドツアー・スウェーデンオープンでは早田ひなとのダブルスで世界ランク1位の朱雨玲( 中国)、同2位の陳夢( 中国)ペアに勝利して優勝した。翌月のワールドツアー・グランドファイナルでは同ペアに決勝で敗れて準優勝だった。年末には世界選手権団体戦ハルムスタッド大会日本代表選考会で優勝し代表権を獲得した。
1月の全日本選手権女子シングルスでは3位になった。3月、初出場となった世界選手権の団体戦では主力選手として起用された。準決勝で北朝鮮のエースのリ・ミョンスン（ 北朝鮮）に逆転勝利して決勝進出を決めた際には歓喜の涙を流した。決勝では中国に敗れたものの日本女子2大会連続となる銀メダルを獲得した。4月にはリオデジャネイロ五輪アジア予選に出場し世界ランク2位の世界女王・丁寧（ 中国）に勝利した。8月のリオデジャネイロ五輪では福原愛、石川佳純と共に女子団体に出場した。準決勝ではドイツに惜しくも敗れ2大会連続の銀メダルを逃したが、3位決定戦のシンガポール戦では第4試合で世界ランク4位の馮天薇をストレートで破り銅メダル獲得を決めた。15歳300日でのメダル獲得は郭躍（ 中国）の16歳34日(2004年・女子複)を上回り卓球競技史上最年少記録となった。また日本の夏季五輪メダリストとしても、女子では岩崎恭子（1992年・競泳）に次ぐ年少記録となった。9月、地元磐田市にあるジュビロードにて水谷隼とメダル獲得のパレードを行い、3万人超の市民らが集まった。パレード後、2人には磐田市長より市民栄誉賞が贈られた。11月のオーストリアオープンではワールドツアーシングルス3勝目を挙げた。12月にケープタウンで開催された世界ジュニア卓球選手権の女子団体では、決勝の中国戦で2勝を挙げる等出場した全ての試合で勝利する活躍を見せチームを6年ぶりの優勝へと導いた。
富士川橋梁の倒壊流失事故は、主要幹線の主要橋梁であったことから甚大な輸送障害となり、それまで橋梁の安全管理・保守管理にそれなりの技術基準を整え投資を行って、自信を抱いていた国鉄技術陣に大きな衝撃を与えることになった。実際のところは、トラス桁の老朽化および橋脚の根入れ不足などの理由で、下り線橋梁は別線ルートによる新設計画が検討されている状況で、維持補修に関して最小限の費用に抑制されていたという面もあった。しかしこの災害は、事前の管理や被災状況がよく把握されていたため、被災メカニズムを詳細に研究することで今後の洪水時の鉄道橋の安全管理に役立てられるということになり、研究が進められた。研究においては、被災の状況をできるだけ忠実に再現する模型実験が行われた。それにより実際に発生した現象を再現することができた。結論として、橋脚の健全度を正確に判定するためには洗掘度の正確な推定が必要で、そのための推定式が提案された。また橋脚に水流が与える抗力は、従来用いられていた推定式に比べて実際には約2倍になることがわかった。そして、橋脚付近の根固め工は大きな役割を果たしており、富士川橋梁においても被災前に経験していた毎秒1万立方メートルの出水でも、根固め工がなければ被災の可能性があったことがわかり、適切な根固め工の重要性が明らかとなった。1987年（昭和62年）4月に国鉄分割民営化により富士川橋梁が東海旅客鉄道（JR東海）に承継されると、橋脚の補強とトラス桁の補修が行われることになった。1991年（平成3年）1月から1992年（平成4年）4月までかけて、第3号橋脚から第5号橋脚にかけて、橋脚周辺に洗掘防止の場所打ち杭を打設するとともに、突き出している杭を外巻する補強を行った。また、下り線橋梁の縦桁上フランジ部の修繕が1991年（平成3年）1月から7月にかけて実施された。特に腐食の著しい1、3、6号トラス桁が対象で、2時間の線路閉鎖の間合いで交換工事を施行した。なお、富士川橋梁付近では、右岸側に明瞭な岩淵安山岩層があるのに対して左岸側では相当深いボーリングをしても岩盤を発見できず、明らかに断層があるとされていた。しかも、安政地震の記録から活断層であることは確実であるとされ、国鉄は東海地震への対策もあって、活断層の位置を突き止める努力をしていた。今回の復旧工事に際して、ベノト杭の1本を掘削している時に到達した岩盤からまさに活断層の位置が確認され、それまで何本ものボーリングで見つけることができなかった活断層を偶然発見することになった。