כתוב המשך לקטע זה - בתחרות השנייה שלו ב-9 באוגוסט, פרפר 200 מטר, הוא הפך לשחיין הראשון בהיסטוריה שהגיע לחמישה גמרים באותו אירוע, לאחר שהסיים במקום החמישי בשנת 2000, במקום הראשון בשנת 2004 ובשנת 2008, ובמקום השני בשנת 2012. (פדריקה פלגריני תהיה השחיינית השנייה שתעשה זאת באולימפיאדת 2020). בריו, הוא זכה בתואר שהוא הפסיד לצ'אד לה קלוס ארבע שנים קודם לכן בלונדון, על פני מסאטו סקאיי ב- 0.04 שניות. פלפס הצהיר כי זכייה בתואר זה הייתה המטרה העיקרית במהלך הקאמבק שלו. המשחקים הראשונים והסופיים של האירוע הזה הוזכרו כמשחק חוזר בין פלפס לל קלוס. היחסים בין לה קלוס לפלפס היו ידידותיים בשנת 2012/13, אך הם החמירו בשנת 2014 כאשר פלפס חזר מהפרישה והציע כי זמני הפרפר הנוכחיים היו איטיים. בחדר ההכנות לפני המירוץ המקדים, אגרוף הצל של לה קלוס בזמן שפלפס "הדהד בפינה" הוליד את המים באינטרנט עם ההאשטאג #PhelpsFace. הביוגרפיה של לה קלוס בוויקיפדיה אפילו הושחתה לאחר הגמר של האירוע. בגיל 31, הניצחון הפך את פלפס לא רק לאלוף הגבר המבוגר ביותר, אלא גם לאלוף הפרט המבוגר ביותר בהיסטוריה של השחייה האולימפית, כשניצח את השיאים שנקבעו על ידי הדוכס קהאנמוקו בשנת 1920, ואינגה דה ברוין בשנת 2004.
בהתאמה. פלפס גם הפך לשחיין הראשון שזכה במדליות זהב פרטניות בהפרש של 12 שנים. שני השיאים הללו נשברו על ידי אנתוני ארווין שלושה ימים לאחר מכן.