Tony Romo pådro seg nok en skade i sesongoppkjøringen for 2016, og ble satt på sidelinjen i 6–8 uker. Nykommeren Dak Prescott tok over som lagets startende quarterback. Dallas tapte 20–19 mot New York Giants, men vant så de neste elleve kampene. Etter spekulasjoner om lagets quarterback annonserte Romo at Prescott hadde vist at han var god nok til å ta over som Cowboys sin startende quarterback. I sin niende seier på rad (mot Baltimore Ravens slo Cowboys sin gamle rekord på 8 seiere på rad fra 1977, og nykommer running back Ezekiel Elliott slo Tony Dorsetts rekord for rushing yards i én sesong av en nykommer med Cowboys. Prescott tangerte også NFLs nykommerrekord ved å kaste flere touchdowns i fem kamper på rad. Dallas avsluttet sesongen 13–3, og tangerte sin egen rekord for beste sesongresultat. I divisjonsrunden av sluttspillet tapte Cowboys mot Packers etter et field goal i kampens siste sekunder.